A miniaturization of the UWB monopole antenna for wireless baseband transmission

In this paper, a novel Monopole patch antenna with dimension 22*20*1.6 mm3 is presented to enhance the bandwidth and minimize the size of the antenna. The power divider and etched a slot on the ground plane are significant improvements in the proposed antenna. Based on this approach, the ultra-wideband antenna for 2.4 GHz to 9.6 GHz frequency band is a significant improvement. The flat gain from -5dB to 2.3dB over the frequency band of operation, which is provided to transmit and receive the output line code from Rapid Signal Flux Quantum (RSFQ) chip directly without modulation techniques (WBT) by these antennas between two different environments (4K-300k). The nearly radiation patterns of the presented antenna are bidirectional at E-plane and omnidirectional at H-plane

Wireless baseband transmission for short distance digital communication with circuits placed at cryogenic temperature

Les circuits logiques "Rapid Single-Flux-Quantum" (RSFQ) à base de jonctions Josephson supraconductrices sont utilisés pour générer, traiter et transmettre des impulsions ultra-courtes dont l'aire quantifiée est celle du quantum de flux magnétique h/2e et correspond à 2.07 mV.ps. De tels circuits sont utilisés pour traiter le signal à très haute fréquence avec des fréquences d'horloge dans la gamme 10-120 GHz et une puissance consommée environ 100 à 1000 fois plus faible (incluant le coût énergétique du refroidissement à 4,2 K) que celle des meilleurs circuits semi-conducteurs équivalents. La logique RSFQ est une alternative intéressante pour les super-ordinateurs et offre des performances inégalées pour traiter les signaux micro-ondes à la volée. Une fois les signaux numérisés et traités à température cryogénique, le défi principal est de transférer à température ambiante les signaux numériques de faible tension (dans la gamme 200-1000µV) à des débits de 1 à 10 Gbps par voie, tout en limitant la charge thermique sur le système de réfrigération cryogénique, afin de construire un système performant à très haut débit numérique. Une solution à ce verrou est de transmettre les signaux par un système d'émission-réception sans fil avec la bande passante suffisante. Ce travail examine différents systèmes de transmission sans fil à courte distance, correspondant à la configuration physique entre les étages à températures cryogénique et ambiante, pour des taux de transmission de quelques Gbps. Il s'est construit sur quatre points cruciaux à résoudre :• le choix et l'étude du codage numérique approprié pour être utilisé comme support de transmission en bande de base des signaux sans utiliser de modulation analogique, comme les codages Polar Return-to-Zero et Manchester ;• l'étude et la sélection d'antennes ultra large bande avec une attention particulière portée sur les antennes Vivaldi antipodales et les antennes monopôles pour satisfaire aux contraintes cryogéniques ;• l'étude du taux d'erreur du système de transmission. Deux méthodes ont été développées pour récupérer les signaux numériques et minimiser le taux d'erreur ;• la comparaison entre simulations et mesures afin d'évaluer la performance du système global.Rapid Single-Flux-Quantum (RSFQ) logic circuits based on superconducting Josephson junctions are using to generate, process and transmit very short quantized pulses whose area is the quantum of magnetic flux h/2e and corresponds to 2.07 mV.ps. Such circuits are used to process signals at very high speed with clock frequencies in the 10-120 GHz range and a power consumption about 100 to 1000 times lower that their best available semiconductor counterparts (including the cost of cooling down to 4,2K). RSFQ logic is an interesting alternative for supercomputers and offers unsurpassed performances for processing microwave signals on the fly. Once digital signals are processed at cryogenic temperature the key challenge is to transfer at room temperature the low-voltage output digital signals (about 200-1000µV) at high rates of about 1-10Gbps per channel, by limiting the thermal burden on the cryogenic system, in order to build high performance high throughput systems.A solution is to transmit the signals with a wireless emitting-receiving antenna set with a suitable bandwidth. This work examines several wireless baseband transmission systems in a short distance configuration, associated to the distance between the cryogenic and room temperature stages, for data rates in the range of a few Gbps. It elaborates on four crucial issues :• the choice and study of the proper line codes to be used for baseband transmission of digital signals without the need for analogue modulations, such as Polar Return-to-Zero and Manchester encodings ;• the study and selection of ultra-wide bandwidth antennas with a focus on small size Antipodal Vivaldi Antennas and monopole antennas to meet cryogenic constraints ;• the study of the Bit Error Rate (BER) of the transmitting system. Two methods were developed to recover the digital output signals and minimize the BER.• the comparison between simulations and measurements to assess the performance of the overall system

Transmission numérique sans fil en bande de base pour la communication à courte distance avec des circuits cryogéniques

Rapid Single-Flux-Quantum (RSFQ) logic circuits based on superconducting Josephson junctions are using to generate, process and transmit very short quantized pulses whose area is the quantum of magnetic flux h/2e and corresponds to 2.07 mV.ps. Such circuits are used to process signals at very high speed with clock frequencies in the 10-120 GHz range and a power consumption about 100 to 1000 times lower that their best available semiconductor counterparts (including the cost of cooling down to 4,2K). RSFQ logic is an interesting alternative for supercomputers and offers unsurpassed performances for processing microwave signals on the fly. Once digital signals are processed at cryogenic temperature the key challenge is to transfer at room temperature the low-voltage output digital signals (about 200-1000µV) at high rates of about 1-10Gbps per channel, by limiting the thermal burden on the cryogenic system, in order to build high performance high throughput systems.A solution is to transmit the signals with a wireless emitting-receiving antenna set with a suitable bandwidth. This work examines several wireless baseband transmission systems in a short distance configuration, associated to the distance between the cryogenic and room temperature stages, for data rates in the range of a few Gbps. It elaborates on four crucial issues :•the choice and study of the proper line codes to be used for baseband transmission of digital signals without the need for analogue modulations, such as Polar Return-to-Zero and Manchester encodings ;•the study and selection of ultra-wide bandwidth antennas with a focus on small size Antipodal Vivaldi Antennas and monopole antennas to meet cryogenic constraints ;•the study of the Bit Error Rate (BER) of the transmitting system. Two methods were developed to recover the digital output signals and minimize the BER.•the comparison between simulations and measurements to assess the performance of the overall system.Les circuits logiques "Rapid Single-Flux-Quantum" (RSFQ) à base de jonctions Josephson supraconductrices sont utilisés pour générer, traiter et transmettre des impulsions ultra-courtes dont l'aire quantifiée est celle du quantum de flux magnétique h/2e et correspond à 2.07 mV.ps. De tels circuits sont utilisés pour traiter le signal à très haute fréquence avec des fréquences d'horloge dans la gamme 10-120 GHz et une puissance consommée environ 100 à 1000 fois plus faible (incluant le coût énergétique du refroidissement à 4,2 K) que celle des meilleurs circuits semi-conducteurs équivalents. La logique RSFQ est une alternative intéressante pour les super-ordinateurs et offre des performances inégalées pour traiter les signaux micro-ondes à la volée. Une fois les signaux numérisés et traités à température cryogénique, le défi principal est de transférer à température ambiante les signaux numériques de faible tension (dans la gamme 200-1000µV) à des débits de 1 à 10 Gbps par voie, tout en limitant la charge thermique sur le système de réfrigération cryogénique, afin de construire un système performant à très haut débit numérique. Une solution à ce verrou est de transmettre les signaux par un système d'émission-réception sans fil avec la bande passante suffisante. Ce travail examine différents systèmes de transmission sans fil à courte distance, correspondant à la configuration physique entre les étages à températures cryogénique et ambiante, pour des taux de transmission de quelques Gbps. Il s'est construit sur quatre points cruciaux à résoudre :•le choix et l'étude du codage numérique approprié pour être utilisé comme support de transmission en bande de base des signaux sans utiliser de modulation analogique, comme les codages Polar Return-to-Zero et Manchester ;•l'étude et la sélection d'antennes ultra large bande avec une attention particulière portée sur les antennes Vivaldi antipodales et les antennes monopôles pour satisfaire aux contraintes cryogéniques ;•l'étude du taux d'erreur du système de transmission. Deux méthodes ont été développées pour récupérer les signaux numériques et minimiser le taux d'erreur ;•la comparaison entre simulations et mesures afin d'évaluer la performance du système global

A customizd reduced size antipodal vivaldi antenna for transmission of cryogenic backend digital data

International audienc

A customized reduced size Antipodal Vivaldi Antenna used in Wireless Baseband Transmission for short-range communication

International audienceAn Antipodal Vivaldi Antenna (AVA) with a reduced size of 37 mm × 21 mm has been designed, simulated and fabricated on 1.6 mm-thick FR4 substrate for ultra-wideband (UWB) applications. It is customized with a slot resonator located on the ground plane only and with a shift of the ground plane input. AVA simulations and measurements are presented and are in good agreement. The antenna exhibits a voltage standing wave ratio of less than 2, and a peak gain in the −0.5 to 4.5 dB range through the 3.6–12 GHz frequency range. The antennas were arranged in an emitter-receiver aligned configuration with a distance R = 1 cm, in order to send and receive digital data directly at 1 Gbps with 20-bits input data, based on the Wireless Baseband Transmission (WBT) scheme with Manchester and Polar RZ encodings. Measurements show the recovery of the input digital signals after processing of transmitted output signal and are encouraging to use broadband AVA with a linear phase characteristic as a possible candidate for use in short range communication in cryogenic environment

A small size monopole UWB antenna used for short distance wireless baseband transmission at high data rate

International audienceThis work presents the design, simulations and measurements of a compact 18×12 mm 2 monopole antenna fabricated on 1.6 mm-thick FR4 substrate for ultra-wideband (UWB) applications. The antenna exhibits a measured voltage standing wave ratio lower than 2 through the 3.1-10.9 GHz frequency range. The Wireless Baseband Transmission (WBT) scheme has been designed to transmit 1 Gbps digital data streams with Manchester or Polar RZ encodings directly between two monopole antennas placed in an emitter-receiver configuration, at a short distance from each other comprised between 1 and 10 cm. The Bit Error rate (BER) has been measured for different digital pattern lengths