Наноантенна - RU180401U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к радиофизике и служит для передачи излучения и его преобразования.

В качестве прототипа выбрана оптическая диэлектрическая наноантенна (пат. России на полезную модель №132573, от 20.09.2013, бюл. №26, МПК G02B 27/00 (2006.01). В82В 1/00 (2006.01), состоящая из точечного оптического источника и наночастицы, выполненной в виде шара с радиусом Rs субволновой величины, отличающаяся тем, что точечный оптический источник размещен в выемке на поверхности шара, выполненной в виде полусферы радиуса Rn, а наночастица изготовлена из материала с показателем преломления

, где λ - длина волны излучения.

Недостатком данного устройства является малый диапазон рабочих длин волн.

В основу полезной модели поставлена задача расширить диапазон рабочих длин волн за счет изменения конструкции.

Задача решается тем, что наноантенна, включающая точечный оптический источник, дополнительно содержит точечный приемник излучения, основную полоску из проводящего материала, длиной l=λ_min/4, где λ_min - минимальная длина волны диапазона работы наноантенны, толщиной

, где с - скорость света в вакууме; μ - абсолютная магнитная проницаемость проводящего материала; σ - проводимость проводящего материала, дополнительную полоску из проводящего материала, длиной l=λ_min/4, толщиной , причем точечный оптический источник и точечный приемник излучения подсоединены к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала, основная полоска из проводящего материала подсоединена своей нижней поверхностью к верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала.

Общими с прототипом признаками технического решения являются:

- точечный оптический источник.

Отличительными признаками технического решения являются:

- основная полоска из проводящего материала,

- дополнительная полоска из проводящего материала,

- точечный приемник излучения.

Совокупность существенных признаков обеспечивает возможность работы наноантенны в диапазоне длин волн от λ_min до λ_max, где λ_max=2λ_min.

На чертеже представлена схема наноантенны.

Наноантенна содержит (чертеж) точечный оптический источник 1, точечный приемник излучения 2, основную полоску из проводящего материала 3, длиной l=λ_min/4 где λ_min - минимальная длина волны диапазона работы наноантенны, толщиной

, где с - скорость света в вакууме; μ - абсолютная магнитная проницаемость проводящего материала; σ - проводимость проводящего материала, дополнительную полоску из проводящего материала 4, длиной l=λ_min/4, толщиной , причем точечный оптический источник 1 и точечный приемник излучения 2 подсоединены к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3, основная полоска из проводящего материала 3 подсоединена своей нижней поверхностью к верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, при этом основная полоска из проводящего материала 3 находится над дополнительной полоской из проводящего материала 4, а суммарная длина обеих полосок составляет λ_min/2.

Наноантенна работает следующим образом. При работе наноантенны в режиме передачи точечный приемник излучения 2 отключен, а точечный оптический источник 1 генерирует электромагнитную волну в диапазоне от λ_min до λ_max. Электромагнитная волна распространяется от точечного оптического источника 1 по верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3. Амплитуда электромагнитной волны с длиной волны λ, распространяющейся по поверхности проводящего материала, вследствие поверхностного эффекта [Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В. Никольский, Т.И. Никольская. - М.: Наука, 1989. - 544 с.], уменьшается в 2,7 раза при удалении от поверхности проводящего материала на расстояние

. Если точечный оптический источник 1 генерирует электромагнитную волну с длиной волны λ_min, то от точечного оптического источника 1, до верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, которая соединена своей верхней поверхностью с нижней поверхностью основной полоски из проводящего материала 3, отстоящей от верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 на толщину полоски , доходит электромагнитная волна, длиной волны λ_min, с амплитудой, уменьшенной не менее чем в 7 раз. Из теории антенн [Шифрин Я.С. Антенны / Я.С. Шифрин. - М.: ВИРТА 1976. - 408 с.] известно, что оптимальная длина излучающей антенны должна составлять nλ/4, где n=1, 2, 3, …, где λ - длина волны излучаемого колебания. Так как электромагнитная волна от точечного источника излучения 1 с длиной волны λ_min уменьшается не менее чем в 7 раз, доходя до верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, то для длины волны λ_min излучающей антенной будет выступать только основная полоска из проводящего материала 3, длина которой l=λ_min/4, что является оптимальной длиной антенны для данной длины волны. Если точечный оптический источник 1 генерирует электромагнитную волну с длиной волны λ_max=2λ_min, то от точечного оптического источника 1 до верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, которая соединена своей верхней поверхностью с нижней поверхностью основной полоски из проводящего материала 3, отстоящей от верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 на толщину полоски , доходит электромагнитная волна длиной волны λ_max, с амплитудой, уменьшенной менее чем в 3 раза. Поэтому для λ_max=2λ_min излучающей антенной будет выступать основная полоска из проводящего материала 3 в сочетании с дополнительной полоской из проводящего материала 4, общая длина которых составляет 2λ_min/4=λ_max/4, что является оптимальной длиной для длины волны λ_max. Для электромагнитной волны, с длиной волны λ, находящейся в диапазоне от λ_min до λ_max, ее амплитуда, в зависимости от длины волны λ, будет ослабляться в месте соединения основной полоски из проводящего материала 3 и дополнительной полоски из проводящего материала 4 от менее 3 до более 7 раз. Это в сочетании с уменьшением амплитуды электромагнитной волны, вследствие сопротивления проводящего материала, возникающего вследствие поверхностного эффекта, обеспечивает оптимальное значение длины излучающей антенны для всех длин волны λ.

При работе наноантенны в режиме приема точечный оптический источник 1 отключен, а на антенну воздействует внешняя электромагнитная волна с длиной волны от λ_min до λ_max. Внешняя электромагнитная волна взаимодействует одновременно с основной полоской из проводящего материала 3 и с дополнительной полоской из проводящего материала 4. Амплитуда внешней электромагнитной волны с длиной волны λ_min, распространяющейся по верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, уменьшается не менее чем в 7 раз, проходя от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4 к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3, отстоящие друг от друга на толщину основной полоски из проводящего материала

. Из теории антенн известно, что оптимальная длина принимающей антенны должна составлять nλ/4, где n=1, 2, 3, …, где λ - длина волны излучаемого колебания. Амплитуда внешней электромагнитной волны с длиной волны λ_min, взаимодействующей с дополнительной полоской из проводящего материала 4, уменьшается не менее чем в 7 раз для длины волны λ_min, доходя до верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4. Поэтому в точечный приемник излучения 2 электромагнитная волна с длиной волны λ_min от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4 практически не поступает. Взаимодействующая с верхней поверхностью основной полоски из проводящего материала 3, длиной l=λ_min/4, внешняя электромагнитная волна передается в точечный приемник излучения 2. Поэтому внешней волны с длиной волны λ_min принимающей антенной будет основная полоска из проводящего материала 3, длиной l=λ_min/4, что является оптимальной длиной для длины волны λ_min. Амплитуда внешней электромагнитной волны с длиной волны λ_max, взаимодействующей с дополнительной полоской из проводящего материала 4, уменьшается менее чем в 3 раза для длины волны λ_max, доходя до верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4. Поэтому в точечный приемник излучения 2 поступает электромагнитная волна длиной волны λ_max с верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, а также электромагнитная волна с верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3. Общая длина приемной антенны для λ_max будет составлять 2λ_min/4=λ_max/4 является оптимальной длиной для длины волны λ_max. Для внешней электромагнитной волны, с длиной волны λ, находящейся в диапазоне от λ_min до λ_max, ее амплитуда, в зависимости от длины волны λ, будет ослабляться местом соединения основной полоски из проводящего материала 3 и дополнительной полоски из проводящего материала 4 от менее 3 до более 7 раз. Это, в сочетании, с уменьшением амплитуды электромагнитной волны, вследствие сопротивления проводящего материала, возникающего вследствие поверхностного эффекта, обеспечивает оптимальное значение длины принимающей антенны для всех длин волны λ.

Пример исполнения. Для λ_min=380 нм, λ_max=760 нм. В качестве точечного оптического источника может использоваться многослойный полупроводниковый светодиод, длина основной полоски из проводящего материала, которым может выступать медь, должна составлять 95 нм, а ее толщина - около 5 нм. В качестве точечного приемника излучения может использоваться многослойный р-n переход, длина дополнительной полоски из проводящего материала, которым может выступать медь, должна составлять 95 нм, а ее толщина около 5 нм.

Устройство обеспечивает расширение диапазона рабочих длин волн за счет введения дополнительных конструктивных элементов.

Реферат

Наноатенна содержит точечный оптический источник, точечный приемник излучения, основную полоску из проводящего материала и дополнительную полоску из проводящего материала. Длины указанных поломок равны. Причём точечный оптический источник и точечный приемник излучения подсоединены к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала, основная полоска из проводящего материала подсоединена своей нижней поверхностью к верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих длин волн за счет изменения конструкции. 1 ил.

Формула