sibsutisВестник СибГУТИThe Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science1998-6920СибГУТИsibsutis-345Research ArticleСтатьиЭффективность технологий антенных модулей терагерцового диапазонаTechnology efficiency of terahertz antenna modulesЧеревкоА. Г.CherevkoA. G.cherevko@mail.ruМоргачевЮ. В.MorgachevY. V.morgachev.yury@gmail.comИльинЕ. М.IlyinE. M.evgil45@mail.ruПолубехинА. И.PolubekhinA. I.polub1980@mail.ruСибГУТИRussian FederationМГТУ им. Н. Э. БауманаRussian Federation20162410202203192203Copyright © Черевко А.Г., Моргачев Ю.В., Ильин Е.М., Полубехин А.И., 20222022Черевко А.Г., Моргачев Ю.В., Ильин Е.М., Полубехин А.И.Cherevko A.G., Morgachev Y.V., Ilyin E.M., Polubekhin A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/345

Рассмотрены перспективы технологий антенных модулей (АМ) в соответствии с критерием Джонсона. Представлен результат моделирования терагерцовой антенны в программе CST MWS, оптимальной с точки зрения авторов. Проведено сравнение параметров модели с экспериментом.

Antenna modules technologies prospects in accordance with Johnson criterion are considered. The result of terahertz antenna simulation in CST MWS program considered optimal from the authors’ point of view is presented. Model parameters and experimental data are compared.

антеннытерагерцы (ТГц)моделированиеантенные массивытехнологии изготовленияantennaTHzsimulationantenna arraysfabrication techniqueReferencesAsncombe N. A. No place to hide [millimeter wave imaging] // IEEE Review, 2005. Р. 26-30.Asncombe N. A. No place to hide [millimeter wave imaging] // IEEE Review, 2005. Р. 26-30.Wang S, X-C Zhang X-C. Pulsed terahertz tomography // J. Phys. D: Appl. Phys. 37, 2004. P. 1-36.Wang S, X-C Zhang X-C. Pulsed terahertz tomography // J. Phys. D: Appl. Phys. 37, 2004. P. 1-36.Hidden Art Could be Revealed by New Terahertz Device Newswise, Retrieved on 21 September, 2008.Hidden Art Could be Revealed by New Terahertz Device Newswise, Retrieved on 21 September, 2008.Smart Antennas Could Open Up New Spectrum For 5G By Theodore S. Rappaport, Wonil Roh & Kyungwhoon Cheun [Электронный ресурс]. URL: http://spectrum.ieee.org/ (дата обращения: 12.02.2016).Smart Antennas Could Open Up New Spectrum For 5G By Theodore S. Rappaport, Wonil Roh & Kyungwhoon Cheun [Электронный ресурс]. URL: http://spectrum.ieee.org/ (дата обращения: 12.02.2016).THz frequencies with highly directive antennas in realistic indoor environments // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2008. V. 14. №. 2.THz frequencies with highly directive antennas in realistic indoor environments // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2008. V. 14. №. 2.Jackson B. D., Korte P. A., Kuur J., et.al. The SPICA-SAFARI Detector System: TES Detector Arrays with Frequency Division Multiplexed SQUID Readout // IEEE Transactions on Terahertz Science And Technology. 2012. V. 2. № 1. P. 1-4.Jackson B. D., Korte P. A., Kuur J., et.al. The SPICA-SAFARI Detector System: TES Detector Arrays with Frequency Division Multiplexed SQUID Readout // IEEE Transactions on Terahertz Science And Technology. 2012. V. 2. № 1. P. 1-4.Jacob P. M. Performance analysis of future multi-gigabit wireless communication systems / M. Koch, J. Schoebel and T. Kürner // IEEE Journal OF Selected Topics IN Quantum Electronics. 2008. V. 14, № 2. Р. 421-430.Jacob P. M. Performance analysis of future multi-gigabit wireless communication systems / M. Koch, J. Schoebel and T. Kürner // IEEE Journal OF Selected Topics IN Quantum Electronics. 2008. V. 14, № 2. Р. 421-430.Vandenbosch G. E., Vasylchenko A. Practical Guide to 3D Electromagnetic Software Tools // Microstrip Antennas. 2011. Р. 507-539.Vandenbosch G. E., Vasylchenko A. Practical Guide to 3D Electromagnetic Software Tools // Microstrip Antennas. 2011. Р. 507-539.Neto A., Llombart N., Baselmans J.A., Baryshev A., Yates S.J. Demonstration of the leaky wave antenna at submillimeter wavelengths // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2014. V. 4, № 1. P. 26-32.Neto A., Llombart N., Baselmans J.A., Baryshev A., Yates S.J. Demonstration of the leaky wave antenna at submillimeter wavelengths // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2014. V. 4, № 1. P. 26-32.Uzunkol M. A., Ozan D. G., Golcuk F., Rebeiz G. M. 0.32 THz SiGe 4x4 Imaging Array Using High-Efficiency On-Chip Antennas // IEEE Journal Of Solid-State Circuits. 2013. № 9. P. 2056-2066.Uzunkol M. A., Ozan D. G., Golcuk F., Rebeiz G. M. 0.32 THz SiGe 4x4 Imaging Array Using High-Efficiency On-Chip Antennas // IEEE Journal Of Solid-State Circuits. 2013. № 9. P. 2056-2066.Semenov A. D., Richter H., Hübers H.-W., Günther B., Smirnov A., Il’in K. S., Siegel M., Karamarkovic J. P. Terahertz Performance of Integrated Lens Antennas With a Hot-Electron Bolometer // IEEE Transactions On Microwave Theory And Techniques. 2007. № 2. P. 239-247.Semenov A. D., Richter H., Hübers H.-W., Günther B., Smirnov A., Il’in K. S., Siegel M., Karamarkovic J. P. Terahertz Performance of Integrated Lens Antennas With a Hot-Electron Bolometer // IEEE Transactions On Microwave Theory And Techniques. 2007. № 2. P. 239-247.Johnson A. Physical limitations on frequency and power parameters of transistors // RCA Review. 1965. V. 26. P. 163-177.Johnson A. Physical limitations on frequency and power parameters of transistors // RCA Review. 1965. V. 26. P. 163-177.Майская В. Освоение терагерцовой щели. Полупроводниковые приборы вторгаются в субмиллиметровый диапазон // Электроника: НТБ. 2011. № 8. С. 74-87.Майская В. Освоение терагерцовой щели. Полупроводниковые приборы вторгаются в субмиллиметровый диапазон // Электроника: НТБ. 2011. № 8. С. 74-87.Maarten J. M., Peter J. I., Andrea N., Andrew L. R., Heeres R. M., Luinge W., Herben M. H. Effect of Internal Reflections on the Radiation Properties and Input Impedance of Integrated Lens Antennas - Comparison Between Theory and Measurements // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2001. V. 49. № 6. P. 1118-1125.Maarten J. M., Peter J. I., Andrea N., Andrew L. R., Heeres R. M., Luinge W., Herben M. H. Effect of Internal Reflections on the Radiation Properties and Input Impedance of Integrated Lens Antennas - Comparison Between Theory and Measurements // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2001. V. 49. № 6. P. 1118-1125.Carrasco E. Carrier Reflectarray Antenna at Terahertz Using Graphene / Eduardo Carrasco, Julien Perruisseau // IEEE Antennas And Wireless Propagation Letters. 2013. № 02. Р. 253-255.Carrasco E. Carrier Reflectarray Antenna at Terahertz Using Graphene / Eduardo Carrasco, Julien Perruisseau // IEEE Antennas And Wireless Propagation Letters. 2013. № 02. Р. 253-255.Morf T. Wide bandwidth room-temperature THz imaging array based on antenna-coupled MOSFET bolometer // Sensors and Actuators A: Physical. 2014. № 3. Р. 1-7.Morf T. Wide bandwidth room-temperature THz imaging array based on antenna-coupled MOSFET bolometer // Sensors and Actuators A: Physical. 2014. № 3. Р. 1-7.Черевко А. Г., Ильин Е. М., Моргачев Ю. В., Полубехин А. И. Анализ патентной активности в области перспективных локационных технологий терагерцового диапазона // Вестник СибГУТИ. 2015. № 2. С. 164-173.Черевко А. Г., Ильин Е. М., Моргачев Ю. В., Полубехин А. И. Анализ патентной активности в области перспективных локационных технологий терагерцового диапазона // Вестник СибГУТИ. 2015. № 2. С. 164-173.Неизвестный И. Г., Климов А. Г., Шумский В. Н. Матричные фотонные приемники для дальней инфракрасной и субмиллиметровой области спектра // УФН. Т. 185. № 10. С. 1031-1042.Неизвестный И. Г., Климов А. Г., Шумский В. Н. Матричные фотонные приемники для дальней инфракрасной и субмиллиметровой области спектра // УФН. Т. 185. № 10. С. 1031-1042.Dwivedi V. Review Of Antennas Designed For Infrared Detection A Brief Literature Study // IEEE International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologes for Wireless Communications Proceedings. 2005. Р. 342-345.Dwivedi V. Review Of Antennas Designed For Infrared Detection A Brief Literature Study // IEEE International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologes for Wireless Communications Proceedings. 2005. Р. 342-345.Brown E. R., Lee A. W., Navi B. S., Bjarnason J. E. Characterization of a planar self-complementary squarespiral antenna in the THZ region // Microwave and optical technology letters. 2005. № 3. P. 524-529.Brown E. R., Lee A. W., Navi B. S., Bjarnason J. E. Characterization of a planar self-complementary squarespiral antenna in the THZ region // Microwave and optical technology letters. 2005. № 3. P. 524-529.Luukanen A., Gronberg L., Helisto P., Penttila J. S., Seppa H., Sipola H., Dietlein C. R., Grossman E. N. An array of antenna-coupled superconducting microbolometers for passive indoors real-time THz imaging // 2013. DOI [10.1109/EMICC.2006.282743]Luukanen A., Gronberg L., Helisto P., Penttila J. S., Seppa H., Sipola H., Dietlein C. R., Grossman E. N. An array of antenna-coupled superconducting microbolometers for passive indoors real-time THz imaging // 2013. DOI [10.1109/EMICC.2006.282743]Liu L., Hesler J. L., Xu H., Lichtenberger A. W., Weikle II R. M. Broadband Quasi-Optical Terahertz Detector Utilizing a Zero Bias Schottky Diode // IEEE Microwave And Wireless Components Letters. 2010. № 9. P. 504-506.Liu L., Hesler J. L., Xu H., Lichtenberger A. W., Weikle II R. M. Broadband Quasi-Optical Terahertz Detector Utilizing a Zero Bias Schottky Diode // IEEE Microwave And Wireless Components Letters. 2010. № 9. P. 504-506.Peytavit E., Agnese P., Buffet O., Beguin A., Simoens F. Room Temperature Terahertz Microbolometers // Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. 2005. P. 257-258.Peytavit E., Agnese P., Buffet O., Beguin A., Simoens F. Room Temperature Terahertz Microbolometers // Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. 2005. P. 257-258.Santavicca D. F., Reese M. O., True A. B., Schmuttenmaer C. A., Prober D. E. Antenna-Coupled Niobium Bolometers for Terahertz Spectroscopy // IEEE Transactions On Applied Superconductivity. 2007. № 2. P. 412-415.Santavicca D. F., Reese M. O., True A. B., Schmuttenmaer C. A., Prober D. E. Antenna-Coupled Niobium Bolometers for Terahertz Spectroscopy // IEEE Transactions On Applied Superconductivity. 2007. № 2. P. 412-415.Sauter E., Schultz G. V., Wohleben R. Antenna Pattern of an Open Structure Mixer at a Submillimeter Wavelength and of Its Scaled Model // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1984. № 5. V. 4. P. 451-463.Sauter E., Schultz G. V., Wohleben R. Antenna Pattern of an Open Structure Mixer at a Submillimeter Wavelength and of Its Scaled Model // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1984. № 5. V. 4. P. 451-463.Zmuidzinas A., Betz A. L., Boreiko R T. Corner-Reflector Mixer for Far-Infrared Wavelengths. // Infrared Phys. 1989. № 29. P. 119-131.Zmuidzinas A., Betz A. L., Boreiko R T. Corner-Reflector Mixer for Far-Infrared Wavelengths. // Infrared Phys. 1989. № 29. P. 119-131.Roser H. P., Dunven E. J., Wattenbach R., Schultz G. V. Investigation of a Heterodyne Receiver with Open Structure Mixer at 324 and 693 GHz. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1984. № 5 V. 3. P. 301-314.Roser H. P., Dunven E. J., Wattenbach R., Schultz G. V. Investigation of a Heterodyne Receiver with Open Structure Mixer at 324 and 693 GHz. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1984. № 5 V. 3. P. 301-314.Kelly W. M., Gans M. J., Eivers J. G. Modeling the Response of Quasi-Optical Comer Cube Mixers // Instrumentation for Submillimeter Spectroscopy. 1986. № 5. P. 72-78.Kelly W. M., Gans M. J., Eivers J. G. Modeling the Response of Quasi-Optical Comer Cube Mixers // Instrumentation for Submillimeter Spectroscopy. 1986. № 5. P. 72-78.Mukherjee P., Gupta B. Terahertz (THz) Frequency Sources and Antennas - A Brief Review // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 2008. P. 1091-1102.Mukherjee P., Gupta B. Terahertz (THz) Frequency Sources and Antennas - A Brief Review // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 2008. P. 1091-1102.Fumeaux C., Boreman G. D., Herrmann W., Neubuhi F. K., Rothuizen H. Spatial Impulse Response of Lithographic Infrared Antennas // Appl. Phys. Lett. 1999. № 38. P. 37-46.Fumeaux C., Boreman G. D., Herrmann W., Neubuhi F. K., Rothuizen H. Spatial Impulse Response of Lithographic Infrared Antennas // Appl. Phys. Lett. 1999. № 38. P. 37-46.Electromagnetic Analysis of Horn Antennas in the Terahertz region / Mairead Bevan, B.Sc. // Master of Science. 2013. 124 p.Electromagnetic Analysis of Horn Antennas in the Terahertz region / Mairead Bevan, B.Sc. // Master of Science. 2013. 124 p.Golcuk F. A. W-Band SiGe 4x4 Polarimetric Transmit-Receive Phased Array and CMOS THz Multiplier Arrays [Текст]: дис.доктора.тех.наук - Сан Диего, 2013. 117 p.Golcuk F. A. W-Band SiGe 4x4 Polarimetric Transmit-Receive Phased Array and CMOS THz Multiplier Arrays [Текст]: дис.доктора.тех.наук - Сан Диего, 2013. 117 p.Uzunkol M. Low noise Millimeter-wave and THz Receivers, Imaging Arrays, Switches in Advanced CMOS and SiGe Processes [Текст]: дис.доктора.тех.наук - Сан Диего, 2013. 140 p.Uzunkol M. Low noise Millimeter-wave and THz Receivers, Imaging Arrays, Switches in Advanced CMOS and SiGe Processes [Текст]: дис.доктора.тех.наук - Сан Диего, 2013. 140 p.Пат US 6,943,742 B2 Соединённые штаты Америки МПК H01Q 19/06 Focal Plane Array For Thz Imager And Associated Methods [Текст] / Sandor Holly; заявитель The Boeing Company; патентообладатель Чикаго. № US 6,943,742 B2 заявл. 16.02.04; опубл. 13.09.05. 9 c.Пат US 6,943,742 B2 Соединённые штаты Америки МПК H01Q 19/06 Focal Plane Array For Thz Imager And Associated Methods [Текст] / Sandor Holly; заявитель The Boeing Company; патентообладатель Чикаго. № US 6,943,742 B2 заявл. 16.02.04; опубл. 13.09.05. 9 c.Пат US 20140191351A1 Соединённые штаты Америки МПК H01L 27/146 Focal Miniature Phase-Corrected Antennas For High Resolution Focal Plane Thz Imaging Arrays [Текст] / Kubilay Sertel и Gokhan Mumcu; заявитель Ohm State university патентообладатель Коламбус. № US 2014/0191351 A1 заявл. 13.03.14; опубл. 10.06.14. 22 c.Пат US 20140191351A1 Соединённые штаты Америки МПК H01L 27/146 Focal Miniature Phase-Corrected Antennas For High Resolution Focal Plane Thz Imaging Arrays [Текст] / Kubilay Sertel и Gokhan Mumcu; заявитель Ohm State university патентообладатель Коламбус. № US 2014/0191351 A1 заявл. 13.03.14; опубл. 10.06.14. 22 c.Пат US006815683B2 Соединённые штаты Америки МПК G01N 21/00 Terahertz Imaging System And Method [Текст] / John Federici, Robert Barat и Dale E. Gary; заявитель New Jersey Institute of Technology патентообладатель Неварк. № US 6,815,683 B2 заявл. 23.05.03; опубл. 9.11.04. 12 c.Пат US006815683B2 Соединённые штаты Америки МПК G01N 21/00 Terahertz Imaging System And Method [Текст] / John Federici, Robert Barat и Dale E. Gary; заявитель New Jersey Institute of Technology патентообладатель Неварк. № US 6,815,683 B2 заявл. 23.05.03; опубл. 9.11.04. 12 c.Sengupta K., Hajimiri A. A 0.28 THz Power-Generation and Beam-Steering Array in CMOS Based on Distributed Active Radiators // IEEE Journal Of Solid-State Circuits. 2012. № 12. P. 3013-3030.Sengupta K., Hajimiri A. A 0.28 THz Power-Generation and Beam-Steering Array in CMOS Based on Distributed Active Radiators // IEEE Journal Of Solid-State Circuits. 2012. № 12. P. 3013-3030.Tousi Y., Afshari E. A Scalable THz 2D Phased Array with +17dBm of EIRP at 338GHz in 65nm Bulk CMOS // Millimeter-Wave And Terahertz Techniques. 2014. № 14. P. 258-260.Tousi Y., Afshari E. A Scalable THz 2D Phased Array with +17dBm of EIRP at 338GHz in 65nm Bulk CMOS // Millimeter-Wave And Terahertz Techniques. 2014. № 14. P. 258-260.Öjefor E., Pfeiffer U. R., Lisauskas A. A 0.65 THz Focal-Plane Array in a Quarter-Micron CMOS Process Technology // IEEE Journal Of Solid-State Circuits. 2009. № 7. P. 1968-1976.Öjefor E., Pfeiffer U. R., Lisauskas A. A 0.65 THz Focal-Plane Array in a Quarter-Micron CMOS Process Technology // IEEE Journal Of Solid-State Circuits. 2009. № 7. P. 1968-1976.Пат. DE 102011015384 A1 Германия МПК H01Q21/0093 Photoconductive antenna array for receiving terahertz radiation in terahertz spectrometer for determining e.g. material thickness of objects, has dipoles whose signals are amplified such that signals form measure for course of radiation [Текст] / Rico Hohmuth, Dr. Richter Wolfgang заявитель Batop Gmbh патентообладатель Германия. № 201110015384 заявл. 2011-03-29; опубл. 2012-10-04. 6 с.Пат. DE 102011015384 A1 Германия МПК H01Q21/0093 Photoconductive antenna array for receiving terahertz radiation in terahertz spectrometer for determining e.g. material thickness of objects, has dipoles whose signals are amplified such that signals form measure for course of radiation [Текст] / Rico Hohmuth, Dr. Richter Wolfgang заявитель Batop Gmbh патентообладатель Германия. № 201110015384 заявл. 2011-03-29; опубл. 2012-10-04. 6 с.Пат. CN 203277643 U Китай МПК H01Q21/0093 Array type photo-conductive antenna structure [Текст] /施卫吴宇杨汇鑫侯聶Заявитель;西安理工大学东莞市五峰科技有限公司патен-тообладатель Китай. № 203277643 заявл. 2013-04-10 опубл. 2013-11-06. 6 с.Пат. CN 203277643 U Китай МПК H01Q21/0093 Array type photo-conductive antenna structure [Текст] /施卫吴宇杨汇鑫侯聶Заявитель;西安理工大学东莞市五峰科技有限公司патен-тообладатель Китай. № 203277643 заявл. 2013-04-10 опубл. 2013-11-06. 6 с.Пат US20110080329 Соединённые штаты Америки МПК H01Q 13/10 THZ Antenna Array, System And Method For Producing a THZ Antenna Array [Текст] / Michael Nagel заявитель RWTH AACHEN UNIVERSITY патентообладатель Аахен, Германия. № 20110080329 заявл. 2007-03-29; опубл. 2010-12-28. 16 с.Пат US20110080329 Соединённые штаты Америки МПК H01Q 13/10 THZ Antenna Array, System And Method For Producing a THZ Antenna Array [Текст] / Michael Nagel заявитель RWTH AACHEN UNIVERSITY патентообладатель Аахен, Германия. № 20110080329 заявл. 2007-03-29; опубл. 2010-12-28. 16 с.Han R. 280GHz and 860GHz Image Sensors Using SchottkyBarrier Diodes in 0.13pm Digital CMOS // International Solid-State Circuits Conference. 2012. P. 254-256.Han R. 280GHz and 860GHz Image Sensors Using SchottkyBarrier Diodes in 0.13pm Digital CMOS // International Solid-State Circuits Conference. 2012. P. 254-256.Nagatsuma H-J Handbook of Terahertz Technologies Devices And Applications / Ho-Jin Song Tadao Nagatsuma // Taylor & Francis Group. 2015. 584 р.Nagatsuma H-J Handbook of Terahertz Technologies Devices And Applications / Ho-Jin Song Tadao Nagatsuma // Taylor & Francis Group. 2015. 584 р.Sherry H., Grzyb J., Zhao Y., Al Hadi R., Cathelin A., Kaiser A., Pfeiffer U. A 1kPixel CMOS Camera Chip for 25fps Real-Time Terahertz Imaging Applications // International Solid-State Circuits Conference. 2012. P. 252-254.Sherry H., Grzyb J., Zhao Y., Al Hadi R., Cathelin A., Kaiser A., Pfeiffer U. A 1kPixel CMOS Camera Chip for 25fps Real-Time Terahertz Imaging Applications // International Solid-State Circuits Conference. 2012. P. 252-254.Simoens F. Terahertz real-time imaging uncooled array based on antenna- and cavity-coupled bolometer // Philosophical transactions of the royal society. 2014. P. 5-17.Simoens F. Terahertz real-time imaging uncooled array based on antenna- and cavity-coupled bolometer // Philosophical transactions of the royal society. 2014. P. 5-17.Carrasco E., Perruisseau J. Carrier Reflectarray Antenna at Terahertz Using Graphene // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2013. № 2. P. 253-255.Carrasco E., Perruisseau J. Carrier Reflectarray Antenna at Terahertz Using Graphene // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2013. № 2. P. 253-255.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.