[发明专利]用于THz收发机的天线

说明书

技术领域

本发明涉及THz收发机，即THz域中辐射线的发射器和/或接收器。THz域通常限定为与1mm和30μm之间的波长对应的从300GHz至10THz的范围。

背景技术

在许多应用中期望可在兆赫(THz)频率工作的电子装置，诸如医疗应用(成像)、敌对物体和有毒化学物质的安全检测及其它。用于THz生成的最常用方法是基于使用带有适当天线的低温种植GaA(LTG-GaA)半导体。这些是利用光导体的特性以其电阻变化(减小)响应于入射光的所谓的“光电导天线”。光导体是通过生成THz范围内的拍频的两种不同波长的光束(例如，使用DFB激光)形式的入射相干光或者通过生成超宽带THz发射的超短(皮秒)激光脉冲激励的。

在转让给本申请的受让人的国际专利公布No.WO 2007/132459中公开了与THz发射器相关的近期研发的技术。根据这种技术，使用基于光发射的电极组件(例如，二极管)，其中光混频用于照射光阴极，光阴极将输入光信号转换成THz范围内的电流，这反过来使信号发射器/接收器工作。

发明内容

本发明提供适合用于THz发射器和/或接收器的新颖构造的天线，通常称为收发机。

在利用相同受让人的上述公布WO 2007/132459中描述的技术的同时，即利用了光发射电子的自由空间传播(真空中)的原理，本发明提供用于高频收发机的天线结构。一般地讲，本发明利用了电子发射的原理，诸如热发射或光发射。更特别地，本发明利用了光发射且因此下面关于该具体应用进行了说明，但是应当理解的是，本发明不限于光发射，而是应当在来自通过(真空)腔用于自由空间传播的阴极的电子发射的更宽泛方面进行解释。

根据本发明，天线结构(例如，用于THz发射器/接收器)包括包含两个或多个电极的电极布置，其中以间隔开的关系容纳这些电极中的两个，两个电极在二者之间限定用于电子的自由空间传播的腔。这些至少两个电极(或其中部分)的至少一个响应于作为外部光场的输入信号以朝向另一电极发射电子通量(例如，光电效应的结果)。

电极布置配置为限定第一电极部分和第二电极部分(为相同电极或不同电极的部分)，其中第一部分的至少区域暴露到电子通量且因此作为天线供给端口(作为通过第二部分的电流源)工作，而第二部分作为由通过其中的所述电流引起的高频(例如，在THz范围内)辐射线的天线辐射部分(发射器/接收器)工作。

应当注意的是，本发明的原理应用于发射和/或接收高频辐射线。因此，术语“天线辐射部分”应当解释为通过其发射和/或接收高频信号的天线结构的部分。一般地讲，天线辐射部分为实现天线发射和/或接收模式的部分。在发射模式中，天线辐射部分响应通过天线结构的电流以发射各频率范围的辐射线；并且在接收模式中，天线辐射部分响应外部辐射线以实现电流的可检测变化。

因此，根据本发明的一个宽泛方案，提供包括电极布置的高频辐射线收发机，所述电极布置包括：

两个或多个电极，以在其间限定用于电子的自由空间传播的腔的间隔关系容纳所述两个或多个电极中的两个，其中

所述两个电极中的一个配置为响应外部输入光信号以朝向另一电极发射电子通量，

所述两个或多个电极配置为限定第一电极部分和第二电极部分，第一部分使其至少区域暴露到所述电子通量且可作为在所述第二部分中产生电流的天线供给端口工作，并且第二部分配置为天线辐射部分且作为天线辐射部分工作。

因此，天线辐射操作能够通过发射高频辐射线(发射模式)响应流过其中的电流并且能够通过实现电流变化(接收模式)响应外部高频辐射信号。

电极布置优选地配置为真空管，即发射电极的自由空间传播的腔处于真空条件下。优选地，以小间隙(达到几微米)容纳两个电极，沿着腔轴线在两个电极之间限定用于电子自由空间传播的所述腔，以使腔轴线与所述第一部分相交，而第二部分较远离腔轴线定位。在该连接中，应当理解的是，天线供给端口和天线辐射部分之间的距离是集中的，例如小于λ/10(λ为发射/接收辐射线的波长)。而且，优选地，所述至少两个电极配置为使得在电极之间设有实质上小的电容。这可以通过例如将电极中的至少一个配置为导电栅极来实现。

在优选的配置中，天线结构通过从光阴极到天线供给端口的电子发射来激活，这实现了来自天线辐射部分的辐射线发射/接收。