Diseño, simulación, fabricación y medida de lentes de metamaterial acopladas a antenas de bocina

Abstract

En este proyecto fin de carrera se presenta un sistema formado por una antena de bocina y una lente metálica de metamaterial basada en transmisión extraordinaria. Como ya se ha demostrado en el pasado, la aplicación de lentes permite mejorar la directividad de las antenas de bocina, corrigiendo el frente de onda incidente en uno de los perfiles. Desde el descubrimiento de los metamateriales, se ha producido una revolución en el desarrollo de dispositivos electromagnéticos. En particular, el diseño de lentes se ha beneficiado enormemente de las ideas de metamateriales. Con el objetivo de acoplarlas a bocinas, los metamateriales ofrecen nuevas opciones frente a las tradicionales lentes dieléctricas o metálicas [KOC 46]. Desde el descubrimiento de la transmisión extraordinaria [EBB 98] y de su existencia en el rango de terahercios [BER 08], se ha conseguido implementar satisfactoriamente lentes basadas en dicho fenómeno basadas en la estructura fishnet, que consiste en apilar láminas metálicas perforadas (o SHA, de las siglas en inglés “Stacked Hole Arrays”) [BER 06] [NAV 09]. La transmisión extraordinaria, observada por primera vez en 1998 en el rango óptico, consiste básicamente en un pico de transmisión a través de una placa perforada con agujeros periódicos en la lámina y de diámetro sub-lambda. En este proyecto se estudian las lentes basadas en dicho fenómeno con el objetivo de acoplarlas en la abertura de una antena de bocina y poder mejorar así sus propiedades de radiación, como novedad en el campo de lentes metálicas para dichas antenas.

In this project a system made by a horn antenna and a metamaterial fishnet lens based on extraordinary transmission is shown. As it has been proved in the past, application of lenses improves horn antennas’ directivity, correcting the phase front of an incident wave in one of the profiles. Since the discovery of metamaterials there has been a revolution in the development of electromagnetic devices. In particular, lens design has been benefited from these ground-breaking ideas. In order to couple lenses to horn antennas, metamaterials offer new options over traditional dielectric or metallic lenses [KOC 46]. Since the finding of the extraordinary transmission [EBB 98] and specifically in the terahertz and millimeter wave range [BER 08] several metallic fishnet metamaterial lenses based on this phenomenon have been developed. These lenses are built by stacking hole arrays (i.e. “SHA”) [BER 06] [NAV 09]. extraordinary transmission was first noticed in 1998 in the optical range, consisting in a narrow peak of transmission through a perforated metallic sheet, with periodic holes in the sheet and hole diameter sub-lambda. The aim of this work is to implement a high-frequency metamaterial lens-antenna based on a fishnet structure, which promises improved impedance matching compared to dielectric lenses, as a novelty in the field of metallic lens antennas.