Проектирование планарных антенн субтерагерцового диапазона с СИНИС детекторами

Аннотация

В статье представлены результаты моделирования различных планарных антенн субтерагерцового диапазона частот: широкополосных логопериодической и синусной, а также узкополосной двойной-щелевой антенны. Рассмотрены различные методы и подходы к моделированию таких структур в программном пакете численного трехмерного моделирования CST STUDIO SUITE, которые позволяют значительно сократить время вычисления при сохранении результата. Также, представлены результаты моделирования таких антенн на гиперполусферической линзе для улучшения характеристик диаграммы направленности таких антенн. Такие антенны удобны для интеграции в них сверхпроводниковых детекторов структуры сверхпроводник - изолятор - нормальный металл - изолятор - сверхпроводник для отработки новых технологий изготовления таких структур и тестирования первичных характеристик. Такие антенных могут быть использованы и для детекторов других типов.

• суб-ТГц
• планарные антенны
• широкополосные антенны
• узкополосные антенны
• СИНИС-детекторы
• логопериодическая антенна
• Синусная антенна
• двойная-щелевая антенна
• CST studio suite

Abstract (in English)

Design of subterahertz planar antennas with SINIS detectors

The article presents the results of modeling various subterahertz planar antennas: broadband - log-periodic and Sinusoidal, as well as a narrow-band double-slot antenna. Various methods and approaches to modeling such structures in the CST STUDIO SUITE software package for numerical three-dimensional modeling are considered, which allow to significantly reduce the calculation time while saving the result. Also, the results of modeling such antennas on a hyperhemispherical lens are presented to improve the characteristics of the radiation pattern of such antennas. Such antennas are convenient for integrating superconducting detectors of the superconductor - insulator - normal metal - insulator - superconductor structure into them for developing new technologies for manufacturing such structures and testing primary characteristics. Such antennas can also be used for detectors of other types.

Для цитирования

Литература

1. A. A. Gunbina, M. A. Tarasov, M. Yu. Fominskii, A. M. Chekushkin, R. A. Yusupov and D. V. Nagirnaya. Fabrication of Aluminium Nanostructures for Microwave Detectors Based on Tunnel Junctions. Chapter 7 in Book: Advances in Microelectronics: Reviews, Vol. 3. 2021 г.
2. J. Federici, and L. Moeller. Review of terahertz and subterahertz wireless communications. Journal of Applied Physics. 2010 г., Т. 107, 11.
3. S.F. Likhachev, A.G.Rudnitskiy, A.S. Andrianov, et al. Subterahertz Astronomy in the Russian Federation: Prospects and Directions. Cosmic Res. 2024 г., Т. 62, стр. 117-131.
4. Y. Balega, G. Bubnov, A. Chekushkin, V. Dubrovich, V. Edelman, A. Gunbina, S. Kapustin, T. Khabarova, D. Kukushkin, I. Lapkin, et al. Microwave Receiving System Based on Cryogenic Sensors for the Optical Big Telescope Alt-Azimuth. Sensors. 2024 г., Т. 24, 2.
5. I.D. Novikov, S.F.Likhachev, Y.A. Shchekinov, A.S. Andrianov, A.M. Baryshev, A.I. Vasyunin, D.Z. Wiebe, T. de Graauw, A.G. Doroshkevich, I.I. Zinchenko, et al. Objectives of the Millimetron Space Observatory science program and technical capabilitie of its realization. Phys. Usp. 2021 г., Т. 64, стр. 386-419.
6. Y. He, Y. Chen, L. Zhang, S.-W. Wong, and Z. N. Chen. An overview of terahertz antennas. China Commun. 2020 г., Т. 17, 7, стр. 124-165.
7. M. Tarasov, A. Gunbina, A. Chekushkin, R. Yusupov, V. Edelman, and V. Koshelets. Microwave SINIS Detectors. Applied Sciences. 2022 г., Т. 12, 20.
8. M. Tarasov, A. Gunbina, A. Chekushkin, V. Vdovin, and A. Kalaboukhov. Arrays of Sub-Terahertz Cryogenic Metamaterial. Applied Sciences. 2021 г., Т. 11, 20.
9. А.А. Артеменко, А.А. Мальцев, Р.О. Масленников, А.Г. Севастьянов, В.Н. Ссорин. Исследование кремниевых интегрированных линзовых антенн для систем радиосвязи частотного диапазона 60 ГГц. Известия вузов. Радиофизика. 2012 г., Т. 55, 8, стр. 565-575.
10. K. M. P. Aghdam, R. Faraji-Dana, and J. Rashed-Mohassel. The sinuous antenna - A dual polarized feed for reflector-based searching systems.Int. J. Electron.Commun. 2005 г., Т. 59, стр. 392-400.
11. D. A. Crocker and W. R. Scott, Jr.,. On the design of sinuous antennas for UWB radar applications. IEEE Antennas Wireless Prop. Lett. 2019 г., Т. 18, 7, стр. 1347-1351.
12. N. Steenkamp, D.I.L. de Villiers, and N. Mutonkole. Wideband pyramidal sinuous antenna for reflector antenna applications. in Proc. 11th Eur. Conf. Antennas Propag. (EUCAP). 2017 г., стр. 2291-2295.
13. Rebeiz, G. M. Millimeter-wave and terahertz integrated circuit antennas. Proc. IEEE. 1992 г., Т. 80, 11, стр. 1748-1770.
14. Filipovic D. F., Gearhart S. S., Rebeiz G. M. Double-slot antennas on extended hemispherical and elliptical silicon dielectric lenses. IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 1993 г., Т. 41, 10, стр. 1738-1749.
15. M. Tarasov, A. Shul'man, O. Polyansky, A. Vystavkin. Quasioptical integrated HTS direct detector for Hilbert spectroscopy in 350-850 GHz band. The Far Infrared and Submillimetre Universe. 1997 г., Т. 401, стр. 445.
16. Tarasov, M., Kuzmin, L., Stepantsov, E., & Kidiyarova-Shevchenko, А. quasioptical terahertz spectrometer based on a josephson oscillator and a cold electron nanobolometer. [авт. книги] R., Sidorenko, A., Tagirov, L., Gross. 2006, стр. 325-335.
17. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарёв Л.И. Устройства СВЧ и антенны. Москва: Радиотехника, 2006. стр. 376 с.
18. Bradley, R. Gawande and R. Towards an ultra wideband low noise active sinus feed for next generation radio telescopes. IEEE Trans. Antennas and Propagation. 2011 г., Т. 59, 6, стр. 1945-1953.