[实用新型]一种基于交叉耦合结构的太赫兹探测器

说明书

本实用新型公开了一种基于交叉耦合结构的太赫兹探测器，包括天线，天线分别经一号匹配网络、二号匹配网络连接至一号MOS场效应晶体管栅极、二号MOS场效应晶体管栅极，一号MOS场效应晶体管和二号MOS场效应晶体管的源极均接地，一号MOS场效应晶体管漏极和二号MOS场效应晶体管漏极分别经四号微带传输线、八号微带传输线连接至信号输出端口，一号MOS场效应晶体管漏极经一号电容连接二号MOS场效应晶体管栅极，二号MOS场效应晶体管漏极经二号电容连接一号MOS场效应晶体管栅极。本实用新型实现天线到晶体管之间的功率最大化传输。

技术领域

本实用新型涉及太赫兹波探测技术领域，更具体地说，是涉及一种基于交叉耦合结构的太赫兹探测器。

背景技术

太赫兹技术被认为是“未来改变世界的十大技术之一”。目前，国际上对太赫兹辐射波段两侧的电磁波技术，即红外技术和微波技术的研究水平已经非常成熟。由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测手段，并且此波段既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适合用微波电子学理论来研究。目前，科学界对于该波段的了解一直比较有限，故太赫兹成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，以致于它被业内称为电磁波谱中的“太赫兹空隙(terahertzgap)”。近二十多年以来，随着太赫兹辐射源和太赫兹探测器的相继问世及快速发展，太赫兹技术的研究和应用才有了较快发展。由于太赫兹辐射的量子能量很低，信噪比很高，频谱极宽，具有一系列特殊的性质，在基础研究、核技术、医疗诊断、安全检测、射电天文、物体成像、宽带移动通信和国防军事等领域显示了重大的科学价值及实用前景。与此同时，其他方面的工程应用潜力也受到关注。

目前，国际上已提出基于场效应晶体管的探测器结构，该结构是将片上贴片天线接收到的太赫兹波信号传输到N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(NMOSFET)的源极，并在天线处以及N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极分别接固定电势。此外，为了使天线与晶体管之间的阻抗匹配好，还在天线与晶体管之间进行了阻抗匹配网络的设计。为了消除偏置电压对天线与晶体管阻抗匹配的影响，在偏置端接了一根四分之一波长的传输线，该结构的缺点是单一晶体管对太赫兹的幅度和频率响应都有限，在较高的频率无法实现对太赫兹信号的探测，阻抗匹配网络的设计在高频时不适用。

综上所述，为了克服使用单个场效应晶体管对太赫兹信号响应频率不高的问题，迫切需要提出一种交叉耦合结构的场效应晶体管结构，解决对太赫兹信号响应不高的问题，实现较高的太赫兹信号响应。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于交叉耦合结构的太赫兹探测器，采用贴片天线用于接收太赫兹波信号并通过微带传输线阻抗匹配网络传输到场效应晶体管中。为了使得从天线传输到场效应晶体管中的太赫兹信号功率达到最大化，在天线与晶体管中间设置了由微带传输线组成的阻抗匹配网络。由于场效应晶体管的栅极输入阻抗实部和虚部都很大，而天线馈电处的输入阻抗远小于晶体管的栅极输入阻抗，故在天线与晶体管之间设置的由三段微带传输线组成的T型阻抗匹配网络通过三次阻抗的变换可以实现两者的阻抗匹配，从而实现天线到晶体管之间的功率最大化传输。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型基于交叉耦合结构的太赫兹探测器，包括天线，所述天线分别经一号匹配网络、二号匹配网络连接至一号MOS场效应晶体管栅极、二号MOS场效应晶体管栅极，所述一号MOS场效应晶体管和二号MOS场效应晶体管的源极均接地，所述一号MOS场效应晶体管漏极和二号MOS场效应晶体管漏极分别经四号微带传输线、八号微带传输线连接至信号输出端口，所述一号MOS场效应晶体管漏极经一号电容连接二号MOS场效应晶体管栅极，所述二号MOS场效应晶体管漏极经二号电容连接一号MOS场效应晶体管栅极。

所述天线采用差分贴片天线。

所述四号微带传输线和八号微带传输线均采用相同的四分之一波长的传输线，其阻抗特性和长度均相同。