具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1a和图1b，图1a和图1b是本发明提供的共振隧穿二极管太赫兹振荡器的一种实施例的结构示意图，如图1a和图1b所示，该结构包括：缝隙天线10和共振隧穿二极管20，具体如下：

共振隧穿二极管20用于确定缝隙天线10的馈电点，馈电点偏离缝隙天线10的中心。

本实施例中，缝隙天线10的馈电点是将共振隧穿二极管20基于共轭匹配条件下，对阻抗的实部和虚部同时匹配来确定的，阻抗的实部和虚部同时匹配的条件为两者数值相等；基于已有的共振隧穿二极管器件，通过半导体参数分析仪能获得其负阻I－V曲线，如图2所示，其中峰值电流密度为4.8mA/um²，峰谷电流值差ΔI为3.6mA，负阻电压区间ΔV为0.2V同时获得共振隧穿二极管的结电容C为5fF/um²与结电阻R为5Ω＊um²。

馈电点用于将缝隙天线10划分为长缝隙天线11和短缝隙天线12，长缝隙天线11对应第一缝隙谐振腔13，短缝隙天线12对应第二缝隙谐振腔14。

本实施例中，由于天线越短谐振频率越高，缝隙天线10在不足1/4波长时，输入阻抗呈感性，而短缝隙天线12长度较短，满足上述缝隙天线10不足1/4波长，因此输入阻抗的电感特性占主导，短缝隙天线12主要用于控制共振隧穿二极管20振荡器频率，用于控制缝隙天线10阻抗的虚部。

本实施例中，长缝隙天线11的长度大于短缝隙天线12的长度，导致其自身的谐振频率较低，因此输入阻抗的电导特性占主导，长缝隙天线11主要用于控制共振隧穿二极管20振荡器的输出功率，还用于控制缝隙天线10阻抗的实部，同时缝隙的长度越长，辐射的效率越高；共振隧穿二极管20振荡器的输出功率还与缝隙天线10提供的电导Gr有关，共振隧穿二极管20振荡器的输出功率与G_r(a-G_r)/b成正比，其中a，b为拟合的线性和非线性参数，当G_r＝a/2，共振隧穿二极管20振荡器能输出最大功率。

本实施例中，根据所需设计频率通过公式推算缝隙天线10所需提供的电感量，公式为：其中f为共振隧穿二极管20振荡器频率，L为缝隙天线10所需提供的电感量，C为共振隧穿二极管20的结电容。缝隙天线10可以等效为相应尺寸的偶极子天线的镜像，其输入阻抗R_s可以根据公式R_s＝(60π)²/R_d，其中R_d为偶极子天线阻抗，偶极子天线阻抗可以通过查表来获取，当满足所获取的偶极子天线的阻抗的虚部与计算所得的2πfL的值相等时，其偶极子天线对应的尺寸即为短缝隙天线12的尺寸；同时，当满足所获取的偶极子天线的阻抗的实部与计算所得的2πfL的值相等时，其偶极子天线对应的尺寸即为长缝隙天线11的尺寸。

本实施例中，长缝隙天线11和短缝隙天线12主要是通过全波电磁仿真软件HFSS进行优化设计，并在全波仿真的过程中，通过电磁耦合分析，同时考虑了长缝隙天线11和短缝隙天线12进行耦合产生的耦合寄生效应，使性能进一步优化，

参见图1a和图1b，图1a和图1b是本发明提供的共振隧穿二极管太赫兹振荡器的一种实施例的结构示意图，如图1a和图1b所示，该结构还包括MIM电容30、稳定电阻40和空气桥50，具体如下：

本实施例中，MIM电容30的结构由上而下依次为上电极31、介质层32和下电极33，下电极33与共振隧穿二极管20的第一端连接；空气桥50的第一端与上电极31连接，空气桥50的第二端与共振隧穿二极管20的第二端连接，第一缝隙谐振腔13和第二缝隙谐振腔14位于空气桥50的下方；对第一缝隙谐振腔13和第二缝隙谐振腔14所对应的所述下电极33进行挖空处理；稳定电阻40的第一端与上电极31连接，稳定电阻40的第二端与下电极33相连接；上电极31、下电极32和稳定电阻置于GaAs衬底。

作为本实施例的另一种举例，根据不同用户的器件模型以及频段要求的不同，能通过全波电磁仿真软件HFSS进行优化，设计合适的天线结构；具体为当设计目标为在频率为500GHz时实现大功率输出，使用共振隧穿二极管的面积为3.66um²，峰值电流密度为4mA/um²，峰谷电流比为4，长缝隙天线11为64um，短缝隙天线12为16um，对应偏馈程度为0.8，MIM电容取20pF，稳定电阻40为15欧姆，仿真结果为共振隧穿二极管输出功率为600uW，实际辐射功率为共振隧穿二极管的输出功率×辐射效率，此时辐射效率为60％，因此辐射功率为360uW。

参见图3，图3是本发明提供的电路结构的一种实施例的机构示意图，如图3所示，该所述电路结构包括：第一电源8、第一电感1第二电感2、MIM电容30、缝隙天线10、共振隧穿二极管20、稳定电阻40和第一电容4，具体如下：

本实施例中，第一电源8的正极与第一电感1的第一端连接，第一电感1的第二端与第二电感2、稳定电阻40和第一电容4的第一端连接，稳定电阻40和第一电容4为并联结构，第二电感2与共振隧穿二极管20的正极连接，第二电感2还与MIM电容30的第一端连接，MIM电容30的第二端与缝隙天线10的第一端连接，缝隙天线10的第二端与共振隧穿二极管20的负极连接，缝隙天线10还与稳定电阻40和第一电容4的第二端连接，第一电源8的负极与稳定电阻40和第一电容4的第二端连接。

参见图4a、图4b和图4c，图4a、图4b和图4c是本发明提供的共振隧穿二极管太赫兹振荡器的一种实施例的仿真结果图，如图4a所示，图4a为基于共振隧穿二极管器件模型的缝隙天线振荡器仿真结果图，如图4b所示，图4b为共振隧穿二极管器件面积与振荡器振荡频率关系的仿真结果图，如图4c所示，图4c为共振隧穿二极管输出功率与频率变化的仿真结果图。

本实施例中，基于共振隧穿二极管器件模型的缝隙天线振荡器仿真结果图是以中心馈电的振荡器振荡频率为横坐标，以缝隙天线辐射效率为纵坐标，测试不同长度的缝隙天线在不同的频率的情况下，所呈现出来的缝隙天线的辐射效率，从图4a中，可以看出，缝隙天线的缝隙长度越大，其辐射效率越高。

本实施例中，共振隧穿二极管器件面积与振荡器振荡频率关系的仿真结果图是以共振隧穿二极管器件面积为横坐标，以中心馈电的振荡器振荡频率为纵坐标，图4b中，横虚线部分为短缝隙天线长度在28nm时所对应的振荡器振荡频率；同时在固定的长缝隙长度的条件下，测试不同偏振程度的缝隙天线在不同的共振隧穿二极管器件面积的情况下，所呈现出来的振荡器振荡频率，从图4b中，可以看出，当缝隙天线的偏馈程度增加时，振荡频率增大，甚至能够超过28um的短缝隙天线的谐振频率。

本实施例中，共振隧穿二极管输出功率与频率变化的仿真结果图是以振荡器振荡频率为横坐标，以共振隧穿二极管输出功率为纵坐标，测试不同偏馈程度的缝隙天线与振荡器振荡频率和共振隧穿二极管输出功率的关系，从图4c中，可以看出共振隧穿二极管输出功率随频率的变化，可以看到同样频率下，偏馈结构的缝隙天线具有更高的输出功率。

综上，本发明提供的一种共振隧穿二极管太赫兹振荡器及其电路结构，包括：缝隙天线和共振隧穿二极管；其中，所述共振隧穿二极管用于确定所述缝隙天线的馈电点，所述馈电点偏离所述缝隙天线的中心；所述馈电点用于将所述缝隙天线划分为长缝隙天线和短缝隙天线，所述长缝隙天线对应第一缝隙谐振腔，所述短缝隙天线对应第二缝隙谐振腔；所述长缝隙天线的长度大于所述短缝隙天线的长度；所述长缝隙天线用于控制所述缝隙天线阻抗的实部，所述短缝隙天线用于控制所述缝隙天线阻抗的虚部，相比于现有技术，本发明在满足高频振荡的情况下，满足最大功率阻抗匹配的条件，实现高效率的辐射输出功率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。