THZ FOTOİLETKEN ANTENLERİN YÖNLÜLÜĞÜNÜN ARTTIRILMASI

Abstract

ÖZET

Bu çalışmada Terahertz (THz) fotoiletken anten (FİA) çıkış gücünü ve yönlülüğünü etkileyen anten geometrisi, alt katman malzemesi ve yüzey kalınlığı gibi parametrelerin etkisi incelendi. Elektrot malzemesi olarak geleneksel FİA’da kullanılan altın malzemesine ilave olarak kalay ve platin kullanıldı. Kalay ve platin elementleri elektrot malzemesi olarak kullanıldığında altından daha yüksek yönlülüğe ulaşıldığı gösterildi. Platin elementi elektrot olarak kullanıldığında en yüksek yönlülüğe ulaşıldığı gösterildi. Papyon, dipol, vivaldi ve log spiral FİA’lar geleneksel şekliyle Computer Simulation Technology (CST) Microwave (MW) Studio programında tasarlanıp analizleri yapıldı. Bu antenlerin yeni tasarımları ve analizleri yapıldı. FİA elektrotları arası boşluk bölgesine nanopartikül (NP) gömülmesinin yüzeye eklenmesinden daha verimli sonuç verdiği gösterildi. FİA elektrotları arası boşluk bölgesine çeşitli geometrik şekillerdeki altın NP’ler gömüldüğünde THz FİA’ların ışıma yönlülüğünün etkilediğini gösterildi. 0.1 ila 2 THz frekans aralığında papyon, dipol ve vivaldi anten olmak üzere üç farklı FİA hem geleneksel bir şekilde hem de elektrotlar arası anten boşluk bölgesine silindir, üçgen, kare ve altıgen geometrik şeklindeki altın NP’ler eklenerek yeni FİA tasarımı yapılıp simüle edildi. Analiz sonucunda papyon FİA’ya kare şeklindeki NP eklenince anten yönlülüğü 4.71 dBi’den 4.92 dBi’ye çıkmıştır. Dipol FİA’ya üçgen şeklindeki NP eklenince anten yönlülüğü 4.33 dBi’den 4.45 dBi’ye çıkmıştır. Vivaldi FİA’ya kare şeklindeki NP eklenince anten yönlülüğü 7.18 dBi’den 7.52 dBi’ye çıkmıştır. Geleneksel FİA’ların yönlülüğü yeni tasarımlar yapılarak arttırıldı. FİA’nın boşluk bölgesine gömülen NP’nin geometrik şeklinin FİA çeşidine göre farklı etkiler oluşturduğu gösterildi.

ABSTRACT

In this study, the effect of parameters such as antenna geometry, substrate material and surface thickness affecting the THz photoconductive antenna (PCA) output power and directivity were investigated. In addition to the gold material used in the conventional PCA, tin and platinum were used as the electrode material. When tin and platinum are used as electrode materials, it has been shown that higher directivity is achieved than gold. It has been shown that the highest directivity is achieved when the platinum element is used as the electrode. Bowtie, dipole, vivaldi and log spiral PCAs were designed and analyzed in the conventional CST Microwave Studio program. New designs and analyzes of these antennas were made. It has been shown that nanoparticle embedding in the gap region between the PCA electrodes is more efficient than adding it to the surface. It was demonstrated how THz PCAs affect the radiating directivity when gold nanoparticles of various geometric shapes are embedded in the gap region between the PCA electrodes. Three different PCAs, bowtie, dipole and vivaldi antenna in the frequency range of 0.1 to 2 THz, were designed and simulated both in a conventional way and by adding cylindrical, triangular, square, and hexagonal geometric gold nanoparticles to the antenna gap region. As a result of the analysis, the antenna directivity increased from 4.71 dBi to 4.92 dBi when a square nanoparticle was added to the bowtie PCA. When a triangular nanoparticle was added to the dipole PCA, the antenna directivity increased from 4.33 dBi to 4.45 dBi. When a square nanoparticle was added to the Vivaldi PCA, the antenna directivity increased from 7.18 dBi to 7.52 dBi. The versatility of traditional PCAs has been increased by making new designs. It has been shown that the geometric shape of the nanoparticle embedded in the cavity region of the PCA creates different effects according to the PCA type.