RU178649U1 - Двумерный массив кросс-дипольных антенн на две поляризации с болометрами на холодных электронах для аэростатного телескопа ОЛИМПО - Google Patents
Двумерный массив кросс-дипольных антенн на две поляризации с болометрами на холодных электронах для аэростатного телескопа ОЛИМПО Download PDFInfo
- Publication number
- RU178649U1 RU178649U1 RU2017143162U RU2017143162U RU178649U1 RU 178649 U1 RU178649 U1 RU 178649U1 RU 2017143162 U RU2017143162 U RU 2017143162U RU 2017143162 U RU2017143162 U RU 2017143162U RU 178649 U1 RU178649 U1 RU 178649U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antennas
- olimpo
- telescope
- balloon
- polarizations
- Prior art date
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области антенной техники, а именно к массивам планарных антенн. Двумерный массив антенн для аэростатного телескопа ОЛИМПО, состоящий из планарных антенн с интегрированными болометрами на холодных электронах. При этом используются кросс-дипольные антенны, длина которых составляет половину длины волны в кремнии, а приемная матрица, равномерно распределенная под раскрывом рупора, напылена на кремниевую подложку. Технический результат заключается в получении необходимой полосы частот (не менее 10% от центральной частоты). 8 ил.
Description
Настоящая полезная модель относится к области антенной техники, а именно к массивам планарных антенн.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предложенной модели является матрица планарных антенн, описанная в [Mahashabde et. al., 2015] (DOI: 10.1109/TTHZ.2014.2362010). К достоинствам такой приемной матрицы можно отнести хорошее согласование с детекторами субТГц излучения и простоту изготовления. К недостаткам такой системы относится узкая приемная полоса, не удовлетворяющая требованиям технического задания миссии Олимпо.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание матрицы планарных антенн для применения в составе космических миссий и телескопов на воздушном шаре в качестве приемников реликтового излучения (такие исследования являются одной из самых актуальных задач в настоящее время). Требования к описываемой матрице антенн сформулированы и представлены в таблице №1. Заявляемая полезная модель смоделирована, изготовлена и измерена для центральной частоты 345 ГГц, но путем изменения параметров (размеров антенн в матрице и толщины подложки над матрицей) может быть применима и для других частот. Система рассчитана для проведения измерений с трехмодовым рупором (фигура 1). Помимо возможности приема одновременно двух взаимно перпендикулярных поляризаций, антенны хорошо согласуются со сверхчувствительными детекторами субТГц излучения. В данном случае, в качестве детекторов используются болометры на холодных электронах (БХЭ).
Технический результат – получена необходимая полоса частот (не менее 10% от центральной частоты).
Технический результат достигается тем, что в двумерном массиве антенн для аэростатного телескопа ОЛИМПО, состоящем из планарных антенн с интегрированными БХЭ, используются кросс-дипольные антенны, длина которых составляет половину длины волны в кремнии. Приемная матрица, равномерно распределенная под раскрывом рупора, напылена на кремниевую подложку. Размеры антенн, толщина подложки и другие параметры определялись моделированием с целью получить требуемую широкую полосу частот.
Изобретение поясняется рисунками, являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
На фигуре 1 Трехмодовый рупор в моделируемом проекте
На фигуре 2 Внешний вид приемной матрицы
На фигуре 3 «Разрез» моделируемого проекта в программе CSTSTUDIOSUITE
На фигуре 4 Единичный элемент приемной матрицы
На фигуре 5 Амплитудно-частотные характеристики и процент поглощаемой мощности матрицы антенн для каждой из компонент
На фигуре 6 Изготовленный образец
На фигуре 7 Схематичное изображение методики эксперимента
На фигуре 8 Экспериментальная и теоретическая амплитудно-частотные характеристики образца
Моделирование проводилось в программном пакете CST STUDIO SUITE. Трехмодовый рупор, представленный на фигуре 1, состоит из трех частей: приемный рупор - 1, волновод - 2, передающий рупор - 3. Диаметром волновода 2 (0,9 мм) определяется количество мод, проходящих через рупор (для центральной частоты 345 ГГц проходят две поляризации первой моды, вторая мода и две поляризации третьей моды). Красная область на этом рисунке - волноводный порт - 4, является источником сигнала в программе для моделирования. Приемная матрица (фигура 2) состоит из кросс-дипольных антенн на две поляризации, расположенных на кремниевой подложке. На фигуре 3 представлен «разрез» моделируемого проекта: 5 – края рупора, 6 – кремниевая подложка, 7 – углубление в подложке, 8 – матрица планарных антенн, 9 – контррефлектор. В каждую антенну (10 на фигуре 4) интегрировано два БХЭ (на фигуре 4 представлен единичный элемент матрицы). Болометры в программе моделировались следующим образом: для задания сопротивления абсорбера использовали дискретные порты (11 на фигуре 4), в качестве ёмкости СИН-переходов использовали сосредоточенный элемент (12 на фигуре 4). При проведении моделирования для получения оптимальных результатов изменяли различные параметры: количество антенн, размеры антенны, расстояние между антеннами, для согласования с импедансом антенны сопротивление дискретного порта и ёмкость, общую толщину кремниевой подложки, толщину кремниевой подложки над матрицей. Для получения теоретической амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и процента поглощаемой мощности использовали встроенную в программу для моделирования опцию "Template Based Post Processing". Мощности, поглощаемые в каждом дискретном порте, были просуммированы, проинтегрированы в заданной полосе частот (330-360 ГГц) и поделены на величину уровня сигнала-источника. Теоретически полученные АЧХ и процент поглощаемой мощности для каждой из компонент представлены на фигуре 5. По полученным результатам видим, что требования технического задания, изложенные в таблице 1, выполняются.
При моделировании были выбраны следующие параметры:
количество антенн - 96;
размеры антенн - 36×130 мкм;
расстояние между антеннами - 127 мкм;
материал антенн - золото, толщиной 200 нм;
сопротивление дискретного порта - 40 Ом;
ёмкость - 25 фФ
толщина кремниевой подложки - 350 мкм;
толщина кремниевой подложки над матрицей - 127 мкм (половина длины волны в кремнии).
Технология изготовления такой приемной матрицы состоит из трех этапов: травление кремния для получения необходимой толщины подложки; изготовление антенн, соединительных проводов и контактных площадок; изготовление болометров. Для травления кремния использовали установку плазменного травления STC Plasma Etch. Матрица антенн изготавливается методом лазерной литографии (установка LaserWriter DWL 2000) и электронно-лучевого напыления (установка Lesker #1), для изготовления болометров используется электронно-лучевая литография (установка JEOL JBX-9300FS) и электронно-лучевое напыление с применением техники теневого напыления (установка Lesker #2). На фигуре 6 представлена фотография изготовленного образца и увеличенный фрагмент.
Измерения АЧХ изготовленного образца проводились в криостате фирмы Oxford Instruments при температуре 300 мК (схематично экспериментальная установка представлена на фигуре 7). Исследуемый образец 13 установлен с рупором 14 и медным стаканом с квазиоптическими фильтрами 15 на плиту криостата 16 с минимальной температурой 300 мК. В качестве источника сигнала использовали лампу обратной волны, также схематично изображенную на фигуре 7. Сигнал источника подводился к образцу через открытое окно криостата 17. При помощи считывающей аппаратуры регистрируется сигнал, принимаемый образцом. После проведения необходимых нормировок были построены экспериментальные АЧХ. На фигуре 8 представлены экспериментальная и смоделированная (суммарная для трех мод) АЧХ. Небольшое расхождение результатов объясняется тем, что многие факторы нельзя учесть при моделировании.
Таким образом, можно утверждать, что представленная модель удовлетворяет всем техническим требованиям, чувствительна к двум поляризациям, настроена на нужную частоту и имеет необходимою полосу частот. Также эта модель может быть использована и для других частотных диапазонов, путем соответствующего масштабирования некоторых параметров.
Таблица 1 – Требования, предъявляемые к образцу
| Параметры | Требования |
| Центральная частота | 345 ГГц |
| Полоса частот | 330 - 360 ГГц |
| Поглощение мощности на первой моде для каждой из поляризаций | Не менее 50 % |
Claims (1)
-
Двумерный массив антенн для аэростатного телескопа ОЛИМПО, состоящий из планарных антенн с интегрированными болометрами на холодных электронах, отличающийся тем, что используются кросс-дипольные антенны, длина которых составляет половину длины волны в кремнии, приемная матрица, равномерно распределенная под раскрывом рупора, напылена на кремниевую подложку.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143162U RU178649U1 (ru) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Двумерный массив кросс-дипольных антенн на две поляризации с болометрами на холодных электронах для аэростатного телескопа ОЛИМПО |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143162U RU178649U1 (ru) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Двумерный массив кросс-дипольных антенн на две поляризации с болометрами на холодных электронах для аэростатного телескопа ОЛИМПО |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU178649U1 true RU178649U1 (ru) | 2018-04-16 |
Family
ID=61974909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143162U RU178649U1 (ru) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Двумерный массив кросс-дипольных антенн на две поляризации с болометрами на холодных электронах для аэростатного телескопа ОЛИМПО |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU178649U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5706017A (en) * | 1993-04-21 | 1998-01-06 | California Institute Of Technology | Hybrid antenna including a dielectric lens and planar feed |
| US7609220B2 (en) * | 2005-05-09 | 2009-10-27 | The Regents Of The University Of California | Channelized log-periodic antenna with matched coupling |
| US20110057107A1 (en) * | 2008-07-17 | 2011-03-10 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Bolometric detector for detecting electromagnetic waves |
| US9360375B2 (en) * | 2014-01-30 | 2016-06-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Photon radiation detector comprising an array of antennas and a spiral resistive support |
-
2017
- 2017-12-11 RU RU2017143162U patent/RU178649U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5706017A (en) * | 1993-04-21 | 1998-01-06 | California Institute Of Technology | Hybrid antenna including a dielectric lens and planar feed |
| US7609220B2 (en) * | 2005-05-09 | 2009-10-27 | The Regents Of The University Of California | Channelized log-periodic antenna with matched coupling |
| US20110057107A1 (en) * | 2008-07-17 | 2011-03-10 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Bolometric detector for detecting electromagnetic waves |
| US9360375B2 (en) * | 2014-01-30 | 2016-06-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Photon radiation detector comprising an array of antennas and a spiral resistive support |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A design method for synthesizing wideband band-stop FSS via its equivalent circuit model | |
| Rebeiz | Monolithic millimeter-wave two-dimensional horn imaging arrays | |
| KR102027714B1 (ko) | 다중 빔 안테나 어레이 어셈블리를 위한 메타물질 기반 트랜스밋어레이 | |
| Suzuki | Multichroic bolometric detector architecture for cosmic microwave background polarimetry experiments | |
| Kuo et al. | Antenna-coupled TES bolometer arrays for CMB polarimetry | |
| Parameswaran et al. | A dual-polarized wideband frequency-selective rasorber with low in-band insertion loss and high oblique incidence stability | |
| Jones et al. | Instrumental and analytic methods for bolometric polarimetry | |
| US9383254B1 (en) | Symmetric absorber-coupled far-infrared microwave kinetic inductance detector | |
| KR20170098074A (ko) | 광대역 메타물질 흡수체 | |
| Suzuki et al. | Multi-chroic dual-polarization bolometric detectors for studies of the cosmic microwave background | |
| Li et al. | Single flip-chip packaged dielectric resonator antenna for CMOS terahertz antenna array gain enhancement | |
| Hähnle et al. | An ultrawideband leaky lens antenna for broadband spectroscopic imaging applications | |
| Nakajima et al. | A new 100-GHz band front-end system with a waveguide-type dual-polarization sideband-separating SIS receiver for the NRO 45-m radio telescope | |
| Xu et al. | A novel miniaturized ultra-wideband frequency selective surface with rapid band edge | |
| Feng et al. | Integrative transmitarray with gain-filtering and low-scattering characteristics | |
| RU178649U1 (ru) | Двумерный массив кросс-дипольных антенн на две поляризации с болометрами на холодных электронах для аэростатного телескопа ОЛИМПО | |
| Maffei et al. | Shaped corrugated horns for cosmic microwave background anisotropy measurements | |
| CN111029788A (zh) | 具有角度与极化不敏感性的宽带超材料吸波结构 | |
| CN112563700B (zh) | 亚毫米波多波段成像的超导带通滤波器阵系统和实现方法 | |
| Song et al. | Optically transparent Ku-band silver nanowire frequency selective surface on glass substrate | |
| Sørensen et al. | Analysis of the ALMA telescope and front-ends | |
| Jorgensen et al. | A 5-frequency millimeter wave antenna for a spaceborne limb sounding instrument | |
| Gonzalez et al. | Quasi-optical attenuators for ALMA band 10 receiver | |
| Karpov et al. | Sandwich spherical and geodesic antenna radomes analysis | |
| O'Brient et al. | A dual-polarized multichroic antenna-coupled TES bolometer for terrestrial CMB Polarimetry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200630 Effective date: 20200630 |