Dielectric Based Antennas for Sub-THz Applications

RÉSUMÉ Ces dernières années, l’augmentation du trafic de données sans fil et le nombre croissant de nouvelles applications a souligné l’importance d’avoir de larges bandes de fréquences dans les bandes Sub-THz et THz pour l’avenir des communications. Ce sera primordial en tant que technologie viable dans la 6G et au-delà pour atteindre des niveaux élevés de débits de données. Cependant, la perte de trajet et l’atténuation atmosphérique sont élevées, ce qui limite considérablement les communications sans fil et, par conséquent, des antennes à gain élevé et à large bande sont nécessaires. Donc, avec l’avancement de la technologie de fabrication, la conception d’antennes fonctionnant à sub-THz fréquence peut être une solution potentielle pour la difficulté considérable de trouver des spectres pour des applications telles que les applications de réseau local point à point fixe et sans fil. Dans cette thèse, tout d’abord, un nouveau guide d’onde diélectrique intégré comme mécanisme d’alimentation pour le diélectrique des antennes à base sont présentées et fabriquées dans la gamme de fréquences de 220-280 GHz à l’aide du laser technologie de micro-usinage. La structure conçue fonctionne sur la gamme de fréquences de 220-280 GHz avec la perte d’insertion appropriée entre -2 dB et -4 dB. Puis, roman à deux éléments antennes à base diélectrique dans la gamme de fréquences sub-THz (230-270 GHz) pour les normes sans fil qui sont performants et facilement intégrables avec des appareils électroniques sont présentés. Analyse de ces structures l’utilisation d’outils de simulation numérique basés sur des techniques numériques EM indique le rayonnement élevé efficacité (moyenne de 93,6 %) et gain (moyenne de 13,77 dBi) avec les diagrammes de rayonnement latéraux. Enfin, la nouvelle antenne Sub-THz est fabriquée pour comparer et valider les caractéristiques du structure proposée avec les résultats de la simulation. De plus, il a été testé avec succès. L’avantage de notre projet de recherche peut être la présentation d’une nouvelle antenne à haute diélectrique pour les applications de communication sans fil dans la bande de fréquence Sub-THz.

Abstract

ABSTRACT In recent years, growing wireless data traffic and an increasing number of new applications have highlighted the importance of having wide frequency bands in the Sub-THz and THz bands for future communications. This will be paramount as a viable technology in 6G and beyond to achieve high data rates. However, the path loss and atmosphere attenuation are high, which significantly limits wireless communications, and as a result, high gain and wideband antennas are needed. Therefore, with the advancement of fabrication technology, the design of antennas operating at a Sub-THz frequency can be a potential solution without the considerable difficulty of finding unallocated spectrums for applications, such as fixed point to point and wireless local area network applications. In this thesis, first, a new integrated dielectric waveguide as a feeding mechanism for the dielectric based antennas is presented and fabricated in the frequency range of 220-280 GHz using the laser micromachining technology. The designed structure operates in the frequency range of 220-280 GHz with the appropriate insertion loss between -2 dB and -4 dB. Then, novel dual-element, dielectric based antennas at the Sub-THz frequency range (230-270 GHz) for wireless standards that are efficient and easily integrable with electronic devices are presented. Analysis of these structures using numerical simulation tools based on EM numerical techniques indicates the high radiation efficiency (average of 93.6%) and gain (average of 13.77 dBi) with the broadside radiation patterns. Finally, the novel Sub-THz antenna is built to compare and validate the characteristics of the proposed structure with the simulation results. Moreover, it has been successfully tested. The benefit of our research project is the presentation of a newly designed, high gain, dielctric-based antenna for wireless communication applications in the Sub-THz frequency band.