Construcción de Antena de matriz de reflexión

1. ANTENAS DE MATRICES DE REFLEXIÓN
PARA COMUNICACIONES EN TERAHERTZ
María Guadalupe Lugo Martínez
Matrícula: 1385045
Febrero 2013

2. 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

3. CONTENIDO
 4. Fabricación y Medición.
 4.1 Fabricación.
 4.2 Sistema de Medición.
 5. Discusión
 6. Conclusión
 7. Bibliografía
2

4. 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

5. 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

6. 2. PRINCIPIO DE LA ANTENA DE MATRIZ DE
REFLEXIÓN PARA LA DESVIACIÓN ANGULAR
5

7. 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

8. 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=asinq
.
 Si el cambio de fase progresiva lo definimos como
Df = fn+1 - fn entonces podemos reescribir la
ecuación 1 como:
Df = k0Ds = 2p / l0・asinq (3)
sinq = Dfl0 / 2p a (4)
7

9. 3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE
REFLEXIÓN EN TERAHERTZ
 3.1 El Parche y sus características
8
h

10. 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

11. 3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE
REFLEXIÓN EN TERAHERTZ
 Resultados de la simulación para la geometría y los
materiales considerados.
10

12. 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

13. 3. DISEÑO ESPECÍFICO DE MATRIZ DE
REFLEXIÓN EN TERAHERTZ
12

14. 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

15. 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

16. 4. FABRICACIÓN Y MEDICIÓN
 4.2 Sistema de Medición.
15

17. 4. FABRICACIÓN Y MEDICIÓN
16

18. 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

19. 5. DISCUSIÓN
18

20. 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

21. 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