Experimental demonstration of reflectarray antennas at terahertz frequencies

Reflectarrays composed of resonant microstrip gold patches on a dielectric substrate are demonstrated for operation at terahertz frequencies. Based on the relation between the patch size and the reflection phase, a progressive phase distribution is implemented on the patch array to create a reflector able to deflect an incident beam towards a predefined angle off the specular direction. In order to confirm the validity of the design, a set of reflectarrays each with periodically distributed 360 × 360 patch elements are fabricated and measured. The experimental results obtained through terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) show that up to nearly 80% of the incident amplitude is deflected into the desired direction at an operation frequency close to 1 THz. The radiation patterns of the reflectarray in TM and TE polarizations are also obtained at different frequencies. This work presents an attractive concept for developing components able to efficiently manipulate terahertz radiation for emerging terahertz communications.Tiaoming Niu, Withawat Withayachumnankul, Benjamin S.-Y. Ung, Hakan Menekse, Madhu Bhaskaran, Sharath Sriram, and Christophe Fumeau

Keilanohjaukseen soveltuvan litteän dielektrisen linssiantennin suunnittelu ja mittaus

In this thesis, flat hemi-elliptic dielectric lens antennas are studied at millimeter wavelengths. The used lens materials are teflon and a commercial plastic called preperm450, developed specifically for high frequency antenna applications. The main focus of this work is in the beam steering properties of the antennas. Proposed antenna structure is suitable for, e.g., automotive radar applications. Two different lens configurations are studied, one based on a dielectric slab waveguide and another based on a parallel plate waveguide. The design process for both antenna types is presented in detail and the antenna structures are simulated using commercial simulation software. Both antennas are fed with a WR-10 waveguide. Four prototype antennas (one of each type, and of both materials) are manufactured using water jet cutting. Manufactured antennas are measured using a planar near-field scanner and the results are compared with the simulated results. In the measurements and simulations beam steering is realized by changing the positioning of the waveguide feed. The measurement results follow the simulation results to a large extent and confirm the suitability of the proposed antenna structure for beam steering applications at millimeter wavelengths. The low relative permittivity of teflon lenses limits the maximum beam steering angle, especially with the dielectric slab extended lens. Preperm450 proves to be a viable option when choosing materials for dielectric lenses and beam steering angles up to 15 degrees can be achieved with small feed offsets.Teknologian nopea kehittyminen on mahdollistanut millimetriaaltoalueen käyttöönoton mm. tiedonsiirrossa ja tutkasovelluksissa, mikä on myös kasvattanut mielenkiintoa dielektrisiä linssiantenneja kohtaan. Millimetriaaltoalueella linssiantennien fyysiset mitat ovat pieniä, mikä mahdollistaa niiden käytön myös liikuteltavissa sovelluksissa. Tässä diplomityössä tutkitaan litteitä dielektrisiä linssiantenneja Etaajuuskaistan(71 – 86 GHz) sovelluksiin. Tutkimuksen suurin mielenkiinnon kohde on antennien keilanohjausominaisuudet, joita tutkitaan syöttöpistettä muuttamalla. Litteä linssiantenni tarjoaa viuhkamaisen keilan, jota keilaamalla voidaan kattaa laajoja alueita. Tämä mahdollistaa tutkitun antennityypin käytön esimerkiksi autotutkissa. Työssä käsitellään kahdenlaisia antennikonfiguraatioita. Ensimmäinen koostuu linssistä, syöttöantennista ja tukirakenteista, kun taas jälkimmäisessä linssi on suljettu kahden metallilevyn väliin. Käytetyt linssimateriaalit ovat teflon ja preperm450, joka on varta vasten korkean taajuuden antennisovelluksiin suunniteltu kaupallinen muovimateriaali. Linssien suunnitteluprosessi on kuvailtu yksityiskohtaisesti ja fyysiset mitat optimoitiin tietokoneohjelmiston avulla. Suunnitelluista antenneista valmistettiin neljä erilaista antenniprototyyppiä, jotka mitattiin lähikenttäskannerin avulla. Mittaustulosten ja tietokonesimulaatioiden vertailu osoittaa, että antenniprototyyppien mitattu toiminta mukailee hyvin simuloitujen linssien toimintaa. Teflonlinsseillä keilanohjausta rajoittaa matala suhteellinen permittiivisyys, mutta preperm450 osoittautuu hyvin soveltuvaksi dielektristen linssien valmistusmateriaaliksi