基于N的制作方法

基于n
×
m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器
技术领域
[0001]
本发明涉及太赫兹探测器的技术领域，尤其涉及到基于n
×
m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器。


背景技术：

[0002]
太赫兹(terahertz,thz)通常是指频率在0.1～10thz(波长为0.03～3mm)的电磁波。它的长波段与毫米波(亚毫米波)相重合,其发展主要依靠电子学科学技术；而它的短波段与红外线相重合,其发展主要依靠光子学科学技术,可见太赫兹波是宏观电子学向微观光子学过渡的频段,在电磁波频谱中占有很特殊的位置。由于太赫兹的频率很高,所以其空间分辨率也很高；又由于它的脉冲很短,所以具有很高的时间分辨率。由此,太赫兹探测技术和太赫兹波谱技术构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。但长期以来由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测方法,导致太赫兹波科学技术未得到充分的研究和发展。因此，发展高功率的太赫兹辐射源和高性能的太赫兹探测器成为促进太赫兹波科学技术发展的关键。
[0003]
肖特基二极管具有速度快、良好的非线性效应、能够在常温下工作和容易集成等优点，所以常被用作太赫兹探测器中的检波二极管。传统的基于肖特基二极管的太赫兹探测器通常采用单个单频点天线结构。而由于实际的太赫兹辐射源功率小，往往单个太赫兹天线接收到的信号较弱从而导致最终的探测效果不理想。此外，目前大多数的太赫兹辐射源都是频点非连续性的太赫兹源，当更换不同频点的太赫兹源进行探测时就必须更换相应频点的探测器，这样一来就导致探测的过程更为繁杂，同时也使得探测的成本增加。因此，发展多频点太赫兹天线阵列尤为重要。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高灵敏度、多频点、低成本的基于n
×
m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器。
[0005]
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
[0006]
基于n
×
m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器，包括n
×
m多频点太赫兹天线阵列、包括有传输线tl1、tl2和tl3的匹配网络、隔直电容c1、偏置电压vb1、偏置电阻rb1、肖特基二极管、探测器和读出电路测试开关、读出电路；
[0007]
其中，所述匹配网络中的传输线tl1与n
×
m多频点太赫兹天线阵列连接，传输线tl2的右端与肖特基二极管连接，传输线tl3的下端分别与隔直电容c1的一端、探测器和读出电路测试开关、读出电路相连接；
[0008]
所述肖特基二极管的阳极与偏置电阻rb1的一端连接，阴极接地；
[0009]
所述偏置电阻rb1的另一端与偏置电压vb1连接，用于给肖特基二极管供电；
[0010]
所述隔直电容c1的另一端接地。
[0011]
进一步地，所述匹配网络采用接地共面波导传输线。
[0012]
进一步地，所述n
×
m多频点太赫兹天线阵列包括n
×
m个多频点太赫兹天线单元、n
个行选开关以及m个列选开关；
[0013]
每个n
×
m个多频点太赫兹天线单元均包括多频点太赫兹天线和nmosfet；
[0014]
每个n
×
m个多频点太赫兹天线单元中，多频点太赫兹天线与nmosfet的msel端连接，而nmosfet的sel端均与所在列的列选开关连接，nmosfet的vout端均与所在行的行选开关连接。
[0015]
进一步地，所述n
×
m多频点太赫兹天线阵列的端口阻抗与传输线tl1的左端口阻抗一致，传输线tl1的左端口阻抗与传输线tl2的右端口阻抗一致，传输线tl2的右端口阻抗与肖特基二极管阳极的端口阻抗一致。
[0016]
进一步地，所述读出电路包括低噪声斩波放大器和高分辨率模数转换器；所述低噪声斩波放大器连接于传输线tl3和高分辨率模数转换器之间，将接收到的太赫兹信号进行放大并利用斩波电路技术来减少放大器自身的offset和1/f噪声；所述高分辨率模数转换器将放大后的太赫兹信号进行数字化，以便进行后端信号处理。
[0017]
进一步地，所述探测器和读出电路测试开关包括探测器测试开关s1和读出电路测试开关s2；所述探测器测试开关s1和读出电路测试开关s2分别连接于所述传输线tl3和读出电路之间。
[0018]
与现有技术相比，本方案原理及优点如下：
[0019]
1.通过将传统探测器中用作接收太赫兹信号的单个太赫兹天线替换成n
×
m的太赫兹天线阵列，利用太赫兹波与天线阵中自由电子群发生共振可增强天线中低动能电子的能量，从而提高探测灵敏度。
[0020]
2.通过将传统探测器中用作接收太赫兹信号的单频点太赫兹天线替换成多频点太赫兹天线(每个频点的带宽可根据实际需求设计为窄带)，从而实现一个探测器支持任意多个不同频点的探测。而传统的探测器针对不同频点的探测则需要更换不同频点的探测器，本方案可根据实际需求设计任意不同频点的多频点太赫兹天线，从而在不用更换太赫兹探测器的情况下就能实现一个探测器支持多个任意不同频点的探测，有效降低了探测的成本。
[0021]
3.引入探测器和读出电路测试开关，可在电路出现故障时分别对探测器和读出电路进行测试，以便准确确定具体故障原因和位置。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1为本发明基于n
×
m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器的结构示意图。
具体实施方式
[0024]
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
[0025]
如图1所示，基于n
×
m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器，包括n
×
m多频点太赫兹天线阵列、包括有传输线tl1、tl2和tl3的匹配网络、隔直电容c1、偏置电压vb1、偏置电阻
rb1、肖特基二极管、探测器和读出电路测试开关、读出电路；
[0026]
其中，匹配网络采用接地共面波导(gcpw)传输线，传输线tl1与n
×
m多频点太赫兹天线阵列连接，传输线tl2的右端与肖特基二极管连接，传输线tl3的下端分别与隔直电容c1的一端、探测器和读出电路测试开关、读出电路相连接；肖特基二极管的阳极与偏置电阻rb1的一端连接，阴极接地；偏置电阻rb1的另一端与偏置电压vb1连接，用于给肖特基二极管供电；隔直电容c1的另一端接地。
[0027]
n
×
m多频点太赫兹天线阵列的端口阻抗与传输线tl1的左端口阻抗一致，传输线tl1的左端口阻抗与传输线tl2的右端口阻抗一致，传输线tl2的右端口阻抗与肖特基二极管阳极的端口阻抗一致。
[0028]
具体地，n
×
m多频点太赫兹天线阵列包括n
×
m个多频点太赫兹天线单元(d11、d12、d13、
…
、dnm)、n个行选开关(row1、row2、row3
……
rown)以及m个列选开关(column1、column2、column3、
…
、columnm)；
[0029]
每个n
×
m个多频点太赫兹天线单元均包括多频点太赫兹天线和nmosfet；多频点太赫兹天线可接收多个任意不同频点(每个频点的带宽可根据实际需求设计为窄带)的太赫兹信号。
[0030]
每个n
×
m个多频点太赫兹天线单元中，多频点太赫兹天线与nmosfet的msel端连接，而nmosfet的sel端均与所在列的列选开关连接，nmosfet的vout端均与所在行的行选开关连接。
[0031]
具体地，上述的读出电路包括低噪声斩波放大器和高分辨率模数转换器；所述低噪声斩波放大器连接于传输线tl3和高分辨率模数转换器之间，将接收到的太赫兹信号进行放大并利用斩波电路技术来减少放大器自身的offset和1/f噪声；所述高分辨率模数转换器将放大后的太赫兹信号进行数字化，以便进行后端信号处理。
[0032]
探测器和读出电路测试开关包括探测器测试开关s1和读出电路测试开关s2；探测器测试开关s1和读出电路测试开关s2分别连接于传输线tl3和读出电路之间。主要是方便在电路故障过程中分别对探测器和读出电路进行测试，以便确定具体故障原因和位置。
[0033]
本实施例中，基于n
×
m多频太赫兹天线阵列的sbd探测器的具体工作过程如下：
[0034]
当n
×
m多频点太赫兹天线阵列的行选开关和列选开关闭合(如行选开关row2和列选开关column2闭合)、探测器测试开关s1断开、读出电路测试开关s2断开时，探测器接收到的太赫兹信号经过斩波放大器放大后，进入高分辨率模数转换器进行数字化处理，然后从d
out
处输出；
[0035]
当n
×
m多频点太赫兹天线阵列的行选开关和列选开关闭合(如行选开关row3和列选开关column3闭合)、探测器测试开关s1闭合、读出电路测试开关s2断开时，进行探测器性能测试，如果可以接收到太赫兹信号说明探测器工作正常，反之探测器工作故障；
[0036]
当n
×
m多频点太赫兹天线阵列的行选开关和列选开关断开(如行选开关和列选开关全部断开)、探测器测试开关s1断开、读出电路测试开关s2闭合时，进行读出电路性能测试，如果d
out
处正常输出经过高分辨率模数转换器数字化处理的信号说明读出电路工作正常，反之读出电路工作故障
[0037]
本实施例通过将传统探测器中用作接收太赫兹信号的单个太赫兹天线替换成n
×
m的太赫兹天线阵列，利用太赫兹波与天线阵中自由电子群发生共振可增强天线中低动能
电子的能量，从而提高探测灵敏度。另外，通过将传统探测器中用作接收太赫兹信号的单频点太赫兹天线替换成多频点太赫兹天线(每个频点的带宽可根据实际需求设计为窄带)，从而实现一个探测器支持任意多个不同频点的探测。而传统的探测器针对不同频点的探测则需要更换不同频点的探测器，本实施例可根据实际需求设计任意不同频点的多频点太赫兹天线，从而在不用更换太赫兹探测器的情况下就能实现一个探测器支持多个任意不同频点的探测，有效降低了探测的成本。还有的是，本实施例引入探测器和读出电路测试开关，可在电路出现故障时分别对探测器和读出电路进行测试，以便准确确定具体故障原因和位置。
[0038]
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。