Receiver front-end circuits and components for millimetre and submillimetre wavelengths

This dissertation focuses on the development of millimetre- and submillimetre-wave receiver front-end circuits and components. Seven scientific articles, written by the author, present this development work. A short introduction to the technology related to the designs of the thesis precedes the articles. The articles comprise several novel structures and techniques intended to further improve the performance of receivers or to provide new ways for receiver circuit implementation, summarised as follows. 1) Novel rectangular waveguide-to-CPW waveguide transition using a probe structure. The measured insertion and return loss of an X-band (8.2-12.4 GHz) back-to-back structure are less than 0.5 dB and more than 17 dB, respectively, over the entire frequency band (fractional bandwidth of > 40 %). The transition is used in a submm-wave mixer. 2) Novel rectangular waveguide-to-CPW transition using a fin-line taper. The measured insertion and return loss of an X-band (8.2-12.4 GHz) back-to-back structure are less than 0.4 dB and more than 16 dB, respectively, over the entire frequency band. 3) Novel tunable waveguide backshort based on a fixed waveguide short and movable dielectric slab. The measured return loss for a W-band backshort is less than 0.21 dB (VSWR > 82) over the entire frequency band of 75-110 GHz. 4) New coaxial bias T. The insertion loss is less than 0.5 dB at 3-16 GHz (fractional bandwidth of 137 %) and 0.1 dB at 5.2-14.1 GHz. In the latter range, the return loss is more than 30 dB. The RF isolation is greater than 30 dB at 1-17 GHz. 5) First millimetre-wave subharmonic waveguide mixer using European quasi-vertical Schottky diodes. The mixer utilises a single diode chip with quartz filters in a four-tuner waveguide housing. A single-sideband noise temperature of 3500 K and conversion loss of 9.2 dB (antenna loss included) have been measured at 215 GHz with an LO power of 3.5 mW. 6) Balanced-type fifth-harmonic submillimetre-wave mixer. It uses two planar Schottky diodes, quartz filters, and a tuner-less in-line waveguide housing with an integrated diagonal horn antenna and new LO transition structure. The designed RF range is 500-700 GHz enabling the use of an LO source at 100-140 GHz. A conversion loss of about 27 dB has been measured at 650 GHz with an LO power of 10 mW. The mixer has been in use in phase locking of a submm-wave signal source. 7) Characterisation procedure of planar Schottky diodes with extensive dc, capacitance, and wide-band (up to 220 GHz) S-parameter measurements and parameter extraction. Parameters of a simple diode equivalent circuit and results of extensive measurements are available for designers and diode manufacturers for further use.reviewe

Application of a Conceptual Hydrological Model to Identify the Impacts of Green Roof Substrate Ageing on Detention Performance

The substrate within a green roof is subject to numerous natural processes throughout its intended design life. As such there is a need to identify the impacts these processes have on substrate hydrological performance over time. Presented is a conceptual hydrological green roof model that utilises non-linear reservoir routing techniques to parameterise detention processes into scale, k and exponent, n. The value of n can be fixed as it largely influenced by the roofs construction (roof slope, drainage length, etc.), thus reducing the model to a single parameter, k. Using observed rainfall/runoff data from test beds at The University of Sheffield values of k were identified for a series of 25 events over a period of 4 years. A rise in the mean value of k was observed for each year of the study, indicating a reduction in detention performance. A design storm exercise allows for the changes in detention performance to be quantified in commonly reported detention metrics

Congenital Cytomegalovirus Infection: A Narrative Review of the Issues in Screening and Management From a Panel of European Experts.

Maternal primary and non-primary cytomegalovirus (CMV) infection during pregnancy can result in in utero transmission to the developing fetus. Congenital CMV (cCMV) can result in significant morbidity, mortality or long-term sequelae, including sensorineural hearing loss, the most common sequela. As a leading cause of congenital infections worldwide, cCMV infection meets many of the criteria for screening. However, currently there are no universal programs that offer maternal or neonatal screening to identify infected mothers and infants, no vaccines to prevent infection, and no efficacious and safe therapies available for the treatment of maternal or fetal CMV infection. Data has shown that there are several maternal and neonatal screening strategies, and diagnostic methodologies, that allow the identification of those at risk of developing sequelae and adequately detect cCMV. Nevertheless, many questions remain unanswered in this field. Well-designed clinical trials to address several facets of CMV treatment (in pregnant women, CMV-infected fetuses and both symptomatic and asymptomatic neonates and children) are required. Prevention (vaccines), biology and transmission factors associated with non-primary CMV, and the cost-effectiveness of universal screening, all demand further exploration to fully realize the ultimate goal of preventing cCMV. In the meantime, prevention of primary infection during pregnancy should be championed to all by means of hygiene education

Metsälain erityisen tärkeiden elinympäristöjen kartoituksen laadun ja luotettavuuden analyysi

Metsälain erityisen tärkeiden elinympäristöjen (METE) kartoitusprojektin tavoitteena on kartoittaa METE-kohteet kaikissa yksityisissä talousmetsissä. Kartoitusprojekti on Metsätalouden kehittämiskeskus Tapion ja alueellisten metsäkeskusten yhteishanke, joka on toteutettu maa- ja metsätalousministeriön toimeksiannosta metsäkeskuksissa erillisprojektina sekä normaalin metsäsuunnittelun yhteydessä. Tässä raportoitavan analyysin tarkoitus on arvioida METE-kartoitusprojektin ja sen tuottaman aineiston laatua ja luotettavuutta. Analyysimme keskittyy tutkimaan pääasiassa aineiston yleistä laatua, ajan vaikutusta aineistoon, kartoittajan vaikutusta aineistoon sekä metsäkeskusten välistä vertailukelpoisuutta. Muuttujia, joita aineistosta voi analysoida, ovat METE-kohteiden pinta-alat, kuolleen puuston tiedot, monimuotoisuuskoodien ja lisämääreiden käyttö sekä lajiston kartoitustiedot. Lisäksi tutkimme METE-kartoitusprojektin laadunvarmistuskartoituksen tuloksia sekä LUOTSI-tietokantaan tallennettuja tietoja. Kartoitusperusteissa on kartoituksen edetessä tapahtunut systemaattisia muutoksia. Tämä näkyy esimerkiksi siinä, että kohteiden pinta-ala pienenee ja kuolleen puuston tilavuus kasvaa kartoituksen edetessä. Kartoitusvuoden lisäksi kartoittajien ja metsäkeskusten välillä on eroja kartoitusperusteissa. Aineistossa esiintyy myös virheitä ja puutteita. Virheistä vakavimpina voidaan pitää niitä, jotka koskevat lisämäärettä eli sitä, onko kohde metsälain tarkoittama erityisen arvokas elinympäristö vai ei. Puutteista vakavin on se, että nollaa ei ole systemaattisesti käytetty kuvaamaan sitä, että esimerkiksi kuolleen puuston tilavuus on kohteelta kartoitettu mutta, että sitä ei ole, ja tyhjää havaintoa kuvaamaan sitä, että tietoa ei ole kerätty. Kuolleen puuston tiedot ja lajistotiedot ovat hyvin puutteellisia eikä niitä tule käyttää missään yhteydessä METE-kohteiden kuvaamiseen. Myös LUOTSI-tietokanta ja karttatiedosto, jossa kartoitustieto on merkittynä, sisältävät virheitä: Noin joka kymmenennen kohteen lisämääreessä on jokin virhe. Laadunvarmistuskartoituksen perusteella viidennes kohteista on vielä löytämättä ja joka kolmas kohde on lisämääreen, monimuotoisuuden tai pinta-alan suhteen virheellisesti kartoitettu. Analyysimme perusteella on selvää, että varsin suuri osa kohteista on vielä löytämättä. Lisäksi on selvää, että jo löydetyt kohteet on kartoitettu erilaisin perustein ja, että löydetyillä kohteilla on paljon virheitä. Monet virheistä ovat vakavia, koska ne koskevat lisämäärettä eli sitä, onko kohde lain tarkoittama erityisen tärkeä elinympäristö vai ei. Tulevaisuudessa kartoituksen jatkuessa normaalin metsäsuunnittelun yhteydessä huomiota on kiinnitettävä siihen, että METE-kohteet, joita ei vielä ole löydetty, tulevat löydetyiksi. Erityistä huomiota on kiinnitettävä kuitenkin siihen, että jo olemassa olevien kohteiden status tarkastetaan ja, että uusien kohteiden lisämääre tulee kerralla määritettyä oikein

Colliding Particles in Highly Turbulent Flows

We discuss relative velocities and the collision rate of small particles suspended in a highly turbulent fluid. In the limit where the viscous damping is very weak, we estimate the relative velocities using the Kolmogorov cascade principle.Comment: 5 pages, no figures, v2 contains additional result

Extreme reductions of entropy in an electronic double dot

We experimentally study negative fluctuations of stochastic entropy production in an electronic double dot operating in nonequilibrium steady-state conditions. We record millions of random electron tunneling events at different bias points, thus collecting extensive statistics. We show that for all bias voltages the experimental average values of the minima of stochastic entropy production lie above $-k_B$, where $k_B$ is the Boltzmann constant, in agreement with recent theoretical predictions for nonequilibrium steady states. Furthermore, we also demonstrate that the experimental cumulative distribution of the entropy production minima is bounded, at all times and for all bias voltages, by a universal expression predicted by the theory. We also extend our theory by deriving a general bound for the average value of the maximum heat absorbed by a mesoscopic system from the environment and compare this result with experimental data. Finally, we show by numerical simulations that these results are not necessarily valid under non-stationary conditions.Comment: 16 pages, 12 figure