СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 7/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2016 ε S0 τ p 1 τ p 2 ε S3 ε S4 Δε 1 Δε 4 ε t ся/утроиться, то есть достигнуть 500– 800 ГГц, а при ε < 1 перешагнёт рубеж 1ТГцприрабочих значенияхU CC ≈ 1000В. Подбором комплексных импедансов Z 1 и Z H мы можем создать резонансно- контурный LC–фильтр с резонансными частотами как для входящего сигнала, приводящего к дисперсии e, так и для целого спектра генерируемых гармо- ник, из которых можно будет выделить нужную, с частотой, равной . Н ЕКОТОРЫЕ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПИСАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕРАГЕРЦОВОЙ СХЕМОТЕХНИКИ Ранее в статье было показано ис- полнение резонансно-параметриче- ских генератора и усилителя в дальнем СВЧ-, тера- ипетачастотных диапазонах ( λ = 1,0 ÷ 0,001мм) с управляемой диспер- сиейчастоты (перенастройкойчастоты). Возникает вопрос: возможно ли построение узлов, компонентов, пре- образователей в терадиапазоне по ана- логии с СВЧ-диапазоном, допустим, для терарадаров, широкополосной или Bluetooth-связи? Да, возможно. С пози- ции радиофизики эта проблема также может быть успешно решена. Далее приводятся некоторые описа- ния уникальных тераузлов и элементов. Линии задержки 1. Мы не раз говорили, что в металлах СВЧ-волна – это не поток электронов, а волновое колебание решётки металла, в частности, за счёт скин-поляроидного эффекта. Вследствие того, что металлы слева и справа от водорода в ряду элек- трохимической активности обладают существенно различными значения- ми e и m, волны в них будут двигаться на разных скоростях. Например, время прохождения электромагнитной волны в Ag-волноводе и Ni-волноводе может различаться в разы. 2. Дисперсия значений ε – сама по себе дисперсия скорости волны в LPE i-GaAs-волноводе. Если, допустим, ε ≈ 11,5, то V = 0,3C; если ε = 1, то V = С, то есть 0,3С против С – достаточно солид- ная задержка при одинаковой длине волновода. А если варьировать длины GaAs-резонатора, то можно сделать неплохие линии задержки. 3. В статье «Фотонная и реляти- вистская энергетика на основе LPE i-GaAs-монокристаллов» [10] приве- дена конструкция квантового венти- ля (преобразователя скорости волны) с торможением скорости прохождения волны на 1–3 порядка. 4. ЭффектыФарадея, Коттона-Муто- на (Фойгта) – фактически, абсолют- ные теравентили, которые, поляризуя, например, стоячую тераволну в пло- скую, могут сколь угодно держать тера- волну в «запертом» состоянии. Линии ускорения Линии ускорения впервые предла- гаются для реализации как в СВЧ-, так и в терадиапазоне. Суть проста: если про- анализировать график на рисунке 6, то становится ясно, что при значениях ε→ 1 и значениях ε < 1фазовая скорость вол- ны в LPE i-GaAs-резонаторе будет либо близка к световой, либо выше скорости света в вакууме. Следовательно, входную волну, прошедшуюусиление на входном тракте, можно разделить на два «ручья» (канала), где по первому – основно- му – каналу она, допустим, поступит на входной компаратор АЦП, а вторая «необыкновенная» волна с ускорением проникнет в «тыл» АЦП, найдёт в циф- ровом банке себе квантованное подобие (дубликат), которое будет подаваться на компаратор по линии обратной связи. Таким образом, линия ускорения – это достаточно интересная находка для соз- дания терагерцовых АЦП. (В России про- блемы с АЦП – даже в X-диапазоне при построении ЦАФАР). Фильтры Мы ранее подчеркнули, что резонанс- но-параметрические генераторы сами по себе являются фильтрами, посколь- ку в них работает формула . Есть и другие конструктивные LC-решения. Но есть и простые волноводные решения, когда, например, «нижние частоты» можно «обрезать» размера- ми волновода LPE i-GaAs (SiO). Умножители частоты Механизм умножения частотыдоста- точно прост. Он связан с дисперсией ε . Если ε , допустим, равно ε 0 = 11,5, то время пролёта волны в волноводе (как электро- на в полупроводнике) будет диктовать- ся длиной волновода. Если же ε = 1, то имаксвелловская скорость волныV = C/n будет в раз больше (в данном случае, в 3,4 раза), тогда и частота генерации возрастает в 3,4 раза. Такимже способом можно «делить» частоту; функциюумно- жения может также выполнить реляти- вистский варикап (см. рис. 4). Смесители частоты Интерференция частот качествен- но показана на примере исполнения «релятивистского варикапа» (см. рис. 4). Фазоинверторы, фазовращатели Несколько вариантов: а) «длинный» LPE i-GaAs-резонатор/ волновод; б) промежуточныйметалловолновод (допустим, комбинация Ag- и Ni-вол- новодных перфораторных лент); в) «релятивистский варикап». Терагерцовые умножители напряжения Здесь нет ничего сложного. Напри- мер, необходимо набрать несколько киловольт для частоты 1 ТГц и «стыко- вать» их с антенной. Для этого просто набирается «столб» резонансно-параме- трического усиления с гальваноразвяз- кой по управлению– обычная «оптопа- ра», то есть ИК-фемтолазер и резонатор LPE i-GaAs (SiO). Вопрос только в син- хронизации запуска волны в элемен- тах/звеньях столба. Эта проблема может быть решена, например, с помощью LPE i-GaAs-фемтооптопреобразователя, построенного по типу: лазер ( λ 1 ) → при- ёмник → лазер ( λ 2 ) → резонатор. В прин- ципе, данный преобразователь может быть однокристальным. Аттенюатор Нет ничего проще, чем удлинить вол- новод LPE i-GaAs (SiO), поддерживая в нём одну и ту же резонаторную среду. ЦАП Ключевыми элементами терагерцо- выхЦАПявляютсяшифратор, контрол- лер, скоростной драйвер, генератор, терагерцовый преобразователь (опто- Рис. 6. Дисперсия ε в монокристалле LPE i-GaAs, когда ε 3 < ε S0 и ε 4 > ε S0 , при этом τ p1 < τ p2