RT Dissertation/Thesis
T1 Covering THz Gap using photomixers techonologies: arrays and new antenna topologies
A1 Rivera Lavado, Alejandro
AB El objetivo de esta tesis es el diseño y construcción de generadoresde señal de terahercios basados en fotomezcladores de bajo coste y quefuncionen a temperatura ambiente. Como se explica en la introducción,existen muchas aplicaciones potenciales a frecuencias comprendidas entrelos 100 GHz y 1.000 GHz. Propuestas en el campo de la seguridad,radioastronomía y medicina, entre otros, han sido consideradas y evaluadas.Algunas de ellas han comenzado a ser explotadas comercialmente,por ejemplo, en la detección de armas y explosivos ocultos en puestos decontrol y seguridad. No obstante, todavía existe un nicho, el de la electrónicade consumo (comunicaciones, entretenimiento, etc), en el que lasfrecuencias de esta banda no son utilizadas por su alto coste.En una primera parte, se analizan distintos tipos de antenas planaresque son especialmente atractivas para ser integradas con dispositivosfotomezcladores generadores de terahercios. El efecto de los sustratossemiconductores en sus propiedades de radiación es analizado en profundidad.Así mismo, se estudian las principales familias de dispositivosfotomezcladores.A continuación, se propone el uso de antenas dieléctricas combinadascon este tipo de fuentes. Con esto, se pretende evitar el uso de lentesdieléctricas de alto costo sin reducir drásticamente la cantidad de potenciade terahercios radiada por la fuente. Se propone un diseño deantena dieléctrica que permitiría aprovechar el ancho de banda de este tipo de generadores, comenzando en los 50-60 GHz hasta por encima delterahercio.Este tipo de antenas dieléctricas ofrece la posibilidad de combinar variosgeneradores a fin de cumplir dos objetivos: incrementar la potenciadisponible y escanear electrónicamente en uno o dos planos. Se proponeel uso de nanotubos de carbono para la realización de desfasadorescontrolados electrónicamente, componente imprescidible para arrays deescaneo electrónico.Finalmente, se estudia la capacidad de este tipo de antenas de actuarcomo acoplos de campo cercano en resonadores. Como ejemplo deaplicación, se propone su uso en un receptor de terahercios cuya sensibilidad,no limitada por el ruido térmico, llega al límite cuántico, esto es,la detección de fotones de terahercios.
AB The objective of this thesis is the design and manufacturing of roomtemperaturecost-affordable terahertz sources based on photomixing. Asexplained in the preface, there are many potential applications for frequenciesbetween 100 GHz and 1 THz. Many of them, specially in thefields of security, radioastronomy, and medicine have been deeply studiedand evaluated. Some of them have led to already available commercialproducts, e.g. in hidden weapons and explosives detection in securitycontrols. Nevertheless, there are many consumer-oriented applicationsrelated with communication and entertainment industry that cannot beimplemented because of the actual costs of terahertz systems.Firstly, some planar antenna topologies appealing for photomixingsources are shown. The effect of the semiconductor substrates on itsradiation properties is theoretically analyzed. Also, the main families ofterahertz photomixing sources are described.Secondly, the use of dielectric antennas in combination with photomixingsources is proposed. This allows to reduce costs without adrastic decrement of the radiated power. An utra-wideband design thatcould allow us to take advantage of the photomixers bandwidth (from50-60 GHz up to beyond the terahertz) is presented.Thirdly, the combination of many sources in array configurationsis proposed. It allows us to accomplish two objectives: increasing the available terahertz power and 1D or 2D beam steering. A novel phaseshifter made of carbon nanotubes is presented, since such component iscritical for the development of a electronically steerable array.Finally, the use of this family of dielectric antennas as a near fieldcoupler for dielectric resonators is studied. A room temperature photoncountingteraherz receiver is proposed as an example of application. Thisreceiver is limited only by a quantum limit, which gives the theoreticalmaximum achievable sensitivity for a receiver.
YR 2016
FD 2016-12
LK https://hdl.handle.net/10016/24706
UL https://hdl.handle.net/10016/24706
LA eng
NO Mención Internacional en el título de doctor
DS e-Archivo
RD 3 may. 2024