Shaped reflector antenna design and antenna measurements at sub-mm wavelengths

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Häkli, Janne
dc.date.accessioned 2012-02-24T07:41:11Z
dc.date.available 2012-02-24T07:41:11Z
dc.date.issued 2006-09-29
dc.identifier.isbn 951-22-8340-9
dc.identifier.issn 1456-3835
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/2761
dc.description.abstract In this thesis, a ray-tracing based synthesis procedure for shaped dual reflector antennas at the sub-mm wavelengths is developed. A dual reflector feed system (DRFS) consisting of two shaped hyperboloid reflectors for hologram based compact antenna test range (CATR) is designed. The DRFS provides a shaped hologram illumination improving the hologram performance and manufacturability. The DRFS operation is verified with simulations and planar near-field measurements at 310 GHz. The measured and simulated beams are within ±0.3 dB from each other. The applicability of the DRFS for providing a shaped illumination for the holograms in CATRs is verified experimentally with quiet-zone field amplitude and phase measurements of test holograms at 310 GHz. The shaped hologram illumination eliminates narrow slots in the hologram pattern, which simplifies the etching of the pattern. In addition, the shaped illumination allows the holograms to operate also at the linear horizontal polarisation as previously the hologram operation was limited to the vertical polarisation. Cross-polarisation properties of the holograms are investigated using a polarization grid to suppress the cross-polarisation in the hologram illumination by 21 dB. It is concluded that the hologram contributes mostly to the cross-polarisation level of a hologram-based CATR. By the placing the cross-polarisation grid behind the hologram, the cross-polarisation level in the quiet-zone can be reduced to below −33 dB. For improving the measurement accuracy of planar near-field measurements at sub-mm wavelengths, the measurement errors and their contribution to the measurement uncertainty are determined. The measurement system is improved for more accurate near-field measurements. Error correction techniques based on error measurements are used to reduce the phase measurement uncertainty from ±14° to ±8° at 310 GHz in one-dimensional scans of a plane wave corresponding to the quiet-zone of a hologram. A hologram-based CATR is constructed for testing a 1.5 m reflector antenna (ADMIRALS RTO) at 322 GHz. The measured radiation pattern of the RTO corresponds reasonably well to the simulated pattern, but the quiet-zone field non-ideality affects the measurement results. As estimated effect of the quiet-zone does not explain all the discrepancies between the measurements and simulations, it is concluded that the reflector surface differs from the simulated surface. en
dc.description.abstract Tässä väitöskirjassa kehittiin säteenseurantaan perustuva kahden muotoillun heijastinantennin synteesimenetelmä alimillimetriaaltoalueelle. Menetelmän avulla suunnitellaan kahteen muotoiltuun hyperboloidiheijastimeen perustuva kvasioptinen syöttö hologrammiin perustuvaan kompaktiiin antennimittauspaikkaan. Kvasioptinen syöttö mahdollistaa hologram muotoillun valaisun avulla merkittäviä parannuksia hologrammin toimintaan: valmistettavuus helpottuu ja hologrammi voi toimia myös vaakapolarisaatiolla. Tähän asti hologrammin toiminta on rajoittunut pystypolarisaatiolle. Kvasioptisen syötön toiminta testataan simuloinnein ja planaarisen lähikenttämittauksin 310 GHz:n taajuudella. Mitattu ja simuloitu keila vastaavat toisiaan ±0.3 dB:n tarkkuudella. Syötön soveltuvuus hologrammien valaisuun varmistetaan koehologrammien mittausten avulla ja parannukset hologrammien toimintaan osoitetaan mittausten avulla. Hologrammien ristipolarisaatio-ominaisuuksia tutkitaan polarisaattorihilan avulla, joka vähentää ristipolarisaatiota 21 dB hologrammin valaisussa. Tämän kokeen perusteella hiljaisen alueen ristipolarisaatio aiheutuu pääasiassa hologrammin itsensä tuottamasta ristipolarisaatiosta. Käyttämällä polarisaattorihilaa hologrammin ja hiljaisen alueen välissä voidaan mittauspaikan ristipolarisaatiotaso laskea alle -33 dB:n. Planaaristen lähikenttämittausten tarkkuuden parantamiseksi alimillimetriaaltoalueella tarkastellaan mittausvirhelähteitä ja niiden vaikutusta mittausepävarmuuteen. Mittausjärjestelmää parannetaan mittausten tarkkuuden ja toistettavuuden parantamiseksi. Erillisiin virheen mittauksiin perustuvia virheenkorjausmenetelmiä käytetään vaiheen mittausepävarmuuden pienentämiseksi. Näiden menetelmien avulla mittausepävarmuus pienenee ±14°:sta ±8°:een 310 GHz:llä tasoaallon vaiheen mittauksessa kentän pysty- ja vaakaleikkauksissa. Hologrammiin perustuva kompakti antennimittauspaikka rakennetaan 1.5-metrin heijastinantennin testaamiseksi taajuudella 322 GHz. Antennin mitattu suuntakuvio vastaa simuloitua suuntakuviota melko hyvin, mutta mittauspaikan epäideaalinen hiljainen alue vaikuttaa mittaustulokseen. Kaikki erot mitatun suuntakuvion ja simulointien välillä, kun otetaan huomioon arvioitu hiljaisen alueen kentän vaikutus, eivät johdu hiljaisen alueen kentästä. Näin ollen voidaan todeta että testattavan antennin peilin pinnan muoto poikkeaa simuloinneissa käytetystä pinnasta. fi
dc.format.extent 217
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Helsinki University of Technology en
dc.publisher Teknillinen korkeakoulu fi
dc.relation.ispartofseries Helsinki University of Technology Radio Laboratory publications. Report S en
dc.relation.ispartofseries 281 en
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Shaped reflector antenna design and antenna measurements at sub-mm wavelengths en
dc.title Muotoiltujen heijastinantennien suunnittelu ja antennimittaukset alimillimetriaaltoalueella fi
dc.type G4 Monografiaväitöskirja fi
dc.description.version reviewed en
dc.contributor.department Department of Electrical and Communications Engineering en
dc.contributor.department Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto fi
dc.subject.keyword reflector antennas en
dc.subject.keyword compact antenna test range en
dc.subject.keyword near-field measurements en
dc.subject.keyword sub-millimetre wave en
dc.subject.keyword heijastinantennit fi
dc.subject.keyword kompakti antennimittauspaikka fi
dc.subject.keyword lähikenttämittaukset fi
dc.subject.keyword alimillimetriaallot fi
dc.identifier.urn urn:nbn:fi:tkk-008193
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Väitöskirja (monografia) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (monograph) en
dc.contributor.lab Radio Laboratory en
dc.contributor.lab Radiolaboratorio fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account