The effects of DC bias lines on terahertz photomixer antennas

Abstract

Foto-karıştırıcı düzeneklerinde antenler çok önemli bir yer tutar. Bu antenlerin geliştirilmesi üzerine çalışmalar artarak devam etmektedir. Doğru Akım (DC) bayas şerithatlar gerekli DC gerilimini antenlere taşıyabilmek için foto-karıştırıcı düzeneklerinde yer alırlar. Foto-karıştırıcı antene uygulanan DC gerilim, bir sürekli dalga aracılığıyla yarı-iletken malzemeler üzerinde uyarılan elektron-hole çiftlerinin toplanıp bir akım dolaşımı oluşturulabilmesi için gereklidir. Bu araştırmada, DC bayas şerithatların farklı terahertz foto-karıştırıcı antenler üzerinde oluşturduğu etkiler incelenmiştir. Bu doğrultuda, DC bayas şerithat etkisini minimum düzeye indirgeyebilmek için yeni bir metot önerilmiştir. Önerilen bu metotta, empedans yüklü şerithat (RLL), eşdüzlemsel şerithattı belli periyotlara bölerek, bölünmüş parçalar arasına empedans yerleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Böylelikle, bayas şerithat üzerine sızabilecek terahertz akımın engellenmesi amaçlanmış ve DC bayas şerithatların anten performansı üzerindeki etkisinin minimuma indirgenmesi öngörülmüştür. Bu etkileri uygun simülasyon koşullarında inceleyebilmek için, kullanılan HFSS programı üzerinde parametrik bir çalışma yapılmış olup optimum simülasyon prosedürü elde edilmiştir. Bu prosedür ile yapılmış olan bayas şerithatlı anten simülasyonlarda, önerilen RLL'in dipol, katlanmış dipol, spiral ve log-periyodik antenler üzerindeki DC bayas şerithat etkisini kaldırdığı ve anten performansının eklenen bayas şerithatlardan etkilenmediği gözlemlenmiştir. Ayrıca, literatürde yaygın olarak kullanıldığı gözlenen eş-düzlemsel şerithat ve fotonik bant tipi bayas şerithatlarla karşılaştırma yapıldığında, RLL'in anten ışıma örüntüsünü bozmadığı görülmüştür

Photomixer antenna is an essential part of photomixer design. The development on photomixer antennas has still being received considerable attention. DC bias lines are being used in photomixer design to provide required DC voltage to photomixer antenna in order to collect the electron-hole pairs that is excited by a laser beam focused on semiconductor substrate. This research investigates the effects of the DC bias lines on several types of antennas for terahertz photomixers and proposes a method, namely resistively loaded lines (RLL), to compensate the effects of the DC bias lines. The RLL is formed by placing lumped resistances periodically on the DC bias line in order to cease the leakage current virtually, which cause a significant amount of distortion on the antenna performance. In order to achieve a proper simulations of bias line effects on photomixer antennas, a parametric investigation is carried on electromagnetic simulator HFSS to obtain an optimized simulation technique. The simulation results of the dipole, folded dipole, log-periodic, and spiral antennas show that RLL almost removes the effects of the bias lines and improves the radiation pattern notably compared to that of the commonly used bias line types, such as coplanar stripline and photonic bandgap type bias lines.