Post on 31-Dec-2014
ANTENAS DE MATRICES DE REFLEXIÓN PARA COMUNICACIONES EN TERAHERTZ
María Guadalupe Lugo Martínez
Matrícula: 1385045
Febrero 2013
CONTENIDO
1. Introducción.
2. Principio de la Antena de Matriz de Reflexión para la Desviación Angular.
3. Diseño Específico de Matriz de Reflexión en Terahertz. 3.1 El Parche y sus características 3.2 Diseño y Simulación
1
CONTENIDO
4. Fabricación y Medición. 4.1 Fabricación. 4.2 Sistema de Medición.
5. Discusión
6. Conclusión
7. Bibliografía
2
1.INTRODUCCIÓN
El concepto de Matrices de Reflexión se remonta a la década de 1960.
Este tipo de antenas es rediseñado dándole características de radiación sin necesidad de una red de alimentación complicada.
Una estructura mas sofisticada es la “Celda Fénix”.
3
1. INTRODUCCIÓN
Una de las aplicaciones es para la comunicación por satélite.
El espectro de Terahertz es necesario para la construcción de redes inalámbricas.
Una antena de Matriz de Reflexión está diseñada para desviar una onda incidente a un ángulo prediseñado.
4
2. PRINCIPIO DE LA ANTENA DE MATRIZ DE REFLEXIÓN PARA LA DESVIACIÓN ANGULAR
5
2. PRINCIPIO DE LA ANTENA DE MATRIZ DE REFLEXIÓN PARA LA DESVIACIÓN ANGULAR
Para el n-ésimo elemento (n=0,1,…) introducido, la fase cambia fn cumpliendo la siguiente condición:
f0 +nk0Ds =fn, (1)
Donde k0 es la constante de propagación de la onda del espacio libre y Ds es la diferencia del camino óptico entre los elementos nth y (n+1)th después de la reflexión.
6
2. PRINCIPIO DE LA ANTENA DE MATRIZ DE REFLEXIÓN PARA LA DESVIACIÓN ANGULAR
Si se toma en términos del ángulo de deflexión q y de la dimensión celular a, tendremos que Ds=asin .q
Si el cambio de fase progresiva lo definimos como Df = fn+1 - fn entonces podemos reescribir la ecuación 1 como:
Df = k0Ds = 2 p / l0・ asinq (3)
sinq = Dfl0 / 2p a (4)7
3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE REFLEXIÓN EN TERAHERTZ
3.1 El Parche y sus características
8
h
3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE REFLEXIÓN EN TERAHERTZ
Cálculo de para la simulación:
(4) con
donde: = Conductividad del metal a la frecuencia considerada. = Conductividad-DC. = Tiempo de relajación. = Frecuencia de amortiguación. = Permeabilidad del espacio libre. = Permeabilidad relativa. = Permitividad del espacio libre. = Frecuencia angular. = Frecuencia de la onda incidente.
9
3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE REFLEXIÓN EN TERAHERTZ Resultados de la simulación para la
geometría y los materiales considerados.
10
3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE REFLEXIÓN EN TERAHERTZ
3.2 Diseño y Simulación.
Tomando en cuenta la Figura 3, se diseña una matriz de reflexión con reflexión especular.
Tiene cambio de fase progresiva Df se fija a 60°, por lo que su número de elementos asciende a 6 para completar un ciclo de 360°.
La atenuación de lo parches cerca de la resonancia, como lo ilustra la figura 3(b), afecta la uniformidad de la onda de desvío.
11
3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE REFLEXIÓN EN TERAHERTZ
12
4. FABRICACIÓN Y MEDICIÓN
4.1 Fabricación.
Se fabrican usando microfabricación y el procesamiento de polímeros con técnicas sobre sustratos de silicio de 3’’.
Los sustratos de silicio se limpian con disolventes y se secan con nitrógeno comprimido.
Una capa de 20nm de titanio sirve como promotor de adhesión.
13
4. FABRICACIÓN Y MEDICIÓN
Se coloca una capa de 200nm de grosor de platino para el plano de tierra.
El PDMS es una silicona de polímero, que define el dieléctrico en la antena de matriz de reflexión.
Una capa de 200nm de oro, con una adhesión de 20nm de cromo, se depositan por evaporación de haz de electrones.
14
4. FABRICACIÓN Y MEDICIÓN
4.2 Sistema de Medición.
15
4. FABRICACIÓN Y MEDICIÓN
16
5. DISCUSIÓN
La frecuencia para el máximo desplazamiento de deflexión de la frecuencia diseñado es de 1THz y el de la medida es de 0.93THz.
De igual manera el ángulo de desviación también se desplaza de 21° a 25° del medido.
La tolerancia de fabricación es el principal factor que da lugar a la desviación de la frecuencia.Esto se ilustra en el siguiente ejemplo, con dos muestras de espesor distinto (15 y 17 ).
17
5. DISCUSIÓN
18
6. CONCLUSIÓN
El diseño teórico de la Matriz de Reflexión en Terahertz, debe tener en cuenta las tolerancias de fabricación que se han verificado a través de simulaciones y experimentos.
Los prototipos han sido fabricados y las mediciones se han llevado a cabo mediante el uso del sistema de THz-TDS.
Se sugiere que la tolerancia de fabricación, el ángulo de incidencia y el efecto de acoplamiento mutuo deba tenerse en consideración en la optimización de antenas de matriz de reflexión.
19
7. BIBLIOGRAFÍA
Reflectarray antennas for terahertz communications. - Tiaoming Niu. - WithawatWithayachumnankul. - Benjamin S.-Y. Ung.- Hakan Menekse.- Madhu Bhaskaran.- Sharath Sriram.- Christophe Fumeaux.*Reflectarray_Niu2013
20