Uusista materiaaleista valmistetut linssirakenteet kiinteille ja käännettävän keilan antennijärjestelmiin ali-THz alueella

Tässä tutkimuksessa tutkittiin neljän eri komposiittimateriaalin soveltuvuutta antenniin integroitavaksi linssiksi taajuuksilla 110–170 GHz tai 220–330 GHz. Tutkittavat linssirakenteet perustuivat kahteen eri tapaan taittaa aaltoa linssillä, linssin pinnamuodosta ja permittiivisyydestä johtuvaan taittumiseen sekä diffraktioon. Linssien toiminnan tarkastelu tapahtui simulaatio menetelmin sekä mittauksin. Työssä käytetyt taittumiseen perustuvat linssit olivat enintään 30 mm halkaisijaltaan ja 49,5 mm korkeita ja diffraktioon perustuvan linssin koko oli 25×27×3 mm3.

Tutkittavana olivat nanoselluloosa-lasi -komposiitti, litiumolybdaattioksidi-lasi
-komposiitti, nanoselluloosapinnoitettu piioksidivaahto ja piioksidi-polymetyylimetakrylaattikomposiitti. Käytetyistä komposiiteista kaksi ensimmäistä on vesiliukoisia, ja ne voitiin valmistaa huoneen lämpötilassa. Vesiliukoisuus voi tulevaisuudessa helpottaa linssien kierrätystä ja huoneenlämpötilassa tapahtuva valmistus vähentää huomattavasti energian tarvetta valmistuksen aikana. Nanoselluloosapinnoitettu piioksidivaahto osoittautui olevan lähes 100 % ilmaa, ja se soveltuu erinomaisesti diffraktioon perustuvien linssien alustaksi, kun diffraktiokuvio sputteroidaan vaahdon pinnalle.

Edellä mainitut komposiitit ovat myös ympäristöystävällisiä, koska ne eivät sisällä ollenkaan muovia. Piioksidipolymetyylimetakrylaatti on muovikomposiitti, mutta muovin määrää siinä vähennettiin piioksidilla siten, että lopullinen komposiitti sisälsi ~20 % piioksidia ja ~80 % muovia. Työssä käytettyjen komposiittien dielektriset ominaisuudet olivat seuraavat. Suhteellinen permittiivisyys 1.018–1.5 ja häviötangentti 3–40×10−4. Lisäksi erittäin alhainen suhteellinen permittiivisyys johtaa myös erittäin alhaiseen heijastukseen linssin pinnalta (heijastuskyky < 1%). Matalaa heijastusta ja pientä häviötangenttia voidaan pitää hyödyllisinä ominaisuuksina linsseissä, koska linssin läpi etenevä sähkömagneettinen aalto heikkenee vain hieman eli linssien hyötysuhde on korkea.