Submillimeter-Wave Waveguide Frontends by Silicon-on-Insulator Micromachining

Tid: Fr 2020-06-12 kl 16.00

Plats: zoom link for defense (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Adrian Gomez-Torrent , Mikro- och nanosystemteknik

Opponent: Dr. Goutam Chattopadhyay, NASA Jet Propulsion Lab (JPL)

Handledare: Professor Joachim Oberhammer, Mikro- och nanosystemteknik; Umer Shah, Mikro- och nanosystemteknik

Abstract

Denna avhandling presenterar nya radio frekvens (RF) frontend komponenter inom submillimeter våg (sub-mmW) bandet som kan implementeras med mikrofabrikationsteknik i kisel samt djup reaktiv jonetsning (DRIE). DRIE är en snabbt växande teknik som har blivit drivande för fabrikation av vågledarkomponenter och system som angränsar terrahertz (THz) frekvensbandet. Den konventionella tillverkningsmetoden för vågledarkomponenter, CNC-fräsning, påvisar stora begränsningar vid användning för sub-mmW bandet eller högre, på grund av de små dimentionerna av vågledarkomponenterna. Samtidigt är de klassiska elektomagnetiska konstruktionerna, som ofta är orienterade mot CNC-fräsning, inte lämpade för alternativa tillverkningsmetoder. Syftet med denna avhandling är att utveckla tillverknings orienterade strukturer genom att använda flexibiliteten av silicon on insulator (SOI) mikrofabrikationsteknik och att möjliggöra implementeringen av komplexa RF frontend med en låg tillverkningskomplexitet.

Den första delen av avhandlingen redogör för turnstile orthomode omvandlare (OMT) i WM-864 bandet (220 - 330 GHz). OMT är nyckelkomponenter i feedchain till radioastronomi, kommunikation och radiometritillämpningar. Likväl, har deras komplexa geometri ofta begränsat deras användning när THz bandet angränsas, där polariserings diversitet typiskt undviks, eller optiska systems är att föredra.

Den andra delen redogör för högvinst-, och bredbands,- parallellmatad arrayantenn i WM-570 vågledarteknologi (330 - 500 GHz). Högvinst- och bredbandsantenner behövs för den kommande generationens trådlösa THz kommunikation. Reflektor- och linsantenner kan uppfylla dessa specifikationer men deras tillverkning i THz bandet kräver mycket precis skärande bearbetning, vilket resulterar i höga kostnader, låg avkastning, och småskalig tillverkning. Genom användning av kisel mikrofabrikationstillverkade arrayantenner är det möjligt att övekomma sådana problem och samtidigt tillhandahålla en mer kompakt frontend.

I den tredje delen av denna avhandling presenteras en parallelplats-vågledar- (PPW) läckande-våg-antenn (LWA) matad av kvasi-optiska strålformande nätverk (BFN) i WM-864 bandet. Denna antenn-frontend genererar en pennformad strålskanning i elevations riktningen. Den kompakta utformningen, stora bandbredden, och strålstyrningsmöjligheterna gör denna antenn väl anpassad för THz radar tillämpningar.

Den sista delen i avhandlingen beskriver en ny vågledar-, single pole double throw (SPDT)-, omkopplare i WM-570 bandet. Omkopplaren påvisas i en tvåports- nätverkskonfiguration med två växlar (ON/LOAD) som används för mottagarkalibrering, eller för att undvika bakåtgående vågor i sändarväxlingen. En mer komplex 1 x 4 växlingsmatris utformas även för implementeringen av en aktiv antenn för en radar som opererar i 340 GHz.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273332