Published December 19, 2020 | Version v1
Publication Open

Spectral domain approach applied to the rigorous determination of the microwave field in planar structures with asymmetric electrodes distribution

Creators

  • 1. Federal Institute of São Paulo
  • 2. Instituto Tecnológico de Aeronáutica
  • 3. Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Description

Among several methods used for designing microstrip-like microwave and millimetre-wave waveguides, we have the spectral domain approach (SDA), which allows determining parameters such as effective permittivity and characteristic impedance of multi-electrode and multi-layer structures. SDA is also important for designing integrated optical phase modulators, especially for computing the electromagnetic field distribution, which is essential for the determination of their half-wave voltage and frequency bandwidth. However, it was verified that when SDA technique is applied to the computation of the field pattern inside boxed waveguides with asymmetric electrode distribution, accurate results were not obtained. Since electrical quantities in SDA, including electromagnetic field, depend on the current distribution on the electrodes, a formulation taking into account the method of images for the correct description of these currents can solve the drawback. Simulations show that using asymmetric electrodes in lithium-niobate-based coplanar strip (CPS) modulators, although not very usual, can provide an extra degree of freedom to their designs. We show that is possible to reduce the effective permittivity, obtain characteristic impedances nearer 50 Ω, and double the peak amplitude for the π-mode electric field compared to that obtained for odd mode on symmetric CPS. This can improve the performance of travelling-wave electro-optic modulators.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

من بين العديد من الطرق المستخدمة لتصميم موجات الميكروويف وموجات المليمتر الشبيهة بالميكروستريب، لدينا نهج المجال الطيفي (SDA)، والذي يسمح بتحديد المعلمات مثل السماحية الفعالة والمقاومة المميزة للهياكل متعددة الأقطاب ومتعددة الطبقات. يعد SDA مهمًا أيضًا لتصميم مضمنات الطور البصري المتكاملة، خاصةً لحساب توزيع المجال الكهرومغناطيسي، وهو أمر ضروري لتحديد جهد نصف الموجة وعرض النطاق الترددي للتردد. ومع ذلك، تم التحقق من أنه عند تطبيق تقنية SDA على حساب نمط المجال داخل موجهات الموجة المعبأة بتوزيع إلكترود غير متماثل، لم يتم الحصول على نتائج دقيقة. نظرًا لأن الكميات الكهربائية في SDA، بما في ذلك المجال الكهرومغناطيسي، تعتمد على توزيع التيار على الأقطاب الكهربائية، فإن الصيغة التي تأخذ في الاعتبار طريقة الصور للوصف الصحيح لهذه التيارات يمكن أن تحل العيب. تُظهر عمليات المحاكاة أن استخدام الأقطاب الكهربائية غير المتماثلة في مُعدِّلات الشريط المستوي المشترك القائم على الليثيوم والنيوبات، على الرغم من أنه ليس معتادًا جدًا، يمكن أن يوفر درجة إضافية من الحرية لتصميماتها. نظهر أنه من الممكن تقليل السماحية الفعالة، والحصول على معاوقات مميزة أقرب إلى 50 أوم، ومضاعفة سعة الذروة للمجال الكهربائي لوضع π مقارنةً بالوضع الفردي على CPS المتماثل. يمكن أن يحسن هذا من أداء المضمنات الكهروضوئية ذات الموجات المتحركة.

Translated Description (French)

Parmi plusieurs méthodes utilisées pour concevoir des guides d'ondes micro-ondes et millimétriques de type microruban, nous avons l'approche du domaine spectral (SDA), qui permet de déterminer des paramètres tels que la permittivité effective et l'impédance caractéristique des structures multiélectrodes et multicouches. Le SDA est également important pour la conception de modulateurs de phase optiques intégrés, en particulier pour le calcul de la distribution du champ électromagnétique, ce qui est essentiel pour la détermination de leur tension demi-onde et de leur bande passante de fréquence. Cependant, il a été vérifié que lorsque la technique SDA est appliquée au calcul du motif de champ à l'intérieur des guides d'ondes en boîte avec une distribution asymétrique des électrodes, des résultats précis n'ont pas été obtenus. Étant donné que les quantités électriques dans le SDA, y compris le champ électromagnétique, dépendent de la distribution du courant sur les électrodes, une formulation tenant compte de la méthode des images pour la description correcte de ces courants peut résoudre l'inconvénient. Les simulations montrent que l'utilisation d'électrodes asymétriques dans les modulateurs à bandes coplanaires (CPS) à base de niobate de lithium, bien que peu courantes, peut donner un degré de liberté supplémentaire à leurs conceptions. Nous montrons qu'il est possible de réduire la permittivité effective, d'obtenir des impédances caractéristiques plus proches de 50 Ω et de doubler l'amplitude de crête pour le champ électrique en mode π par rapport à celle obtenue pour le mode impair sur CPS symétrique. Cela peut améliorer les performances des modulateurs électro-optiques à ondes progressives.

Translated Description (Spanish)

Entre varios métodos utilizados para diseñar microtiras de microondas y guías de ondas milimétricas, tenemos el enfoque de dominio espectral (SDA), que permite determinar parámetros como la permitividad efectiva y la impedancia característica de estructuras multielectrodo y multicapa. La SDA también es importante para el diseño de moduladores de fase ópticos integrados, especialmente para calcular la distribución del campo electromagnético, que es esencial para la determinación de su voltaje de media onda y ancho de banda de frecuencia. Sin embargo, se verificó que cuando se aplica la técnica SDA al cálculo del patrón de campo dentro de guías de onda en caja con distribución asimétrica de electrodos, no se obtuvieron resultados precisos. Dado que las cantidades eléctricas en SDA, incluido el campo electromagnético, dependen de la distribución de corriente en los electrodos, una formulación que tenga en cuenta el método de imágenes para la descripción correcta de estas corrientes puede resolver el inconveniente. Las simulaciones muestran que el uso de electrodos asimétricos en moduladores de tira coplanaria (CPS) a base de niobato de litio, aunque no es muy habitual, puede proporcionar un grado adicional de libertad a sus diseños. Mostramos que es posible reducir la permitividad efectiva, obtener impedancias características más cercanas a 50 Ω y duplicar la amplitud máxima para el campo eléctrico en modo π en comparación con la obtenida para el modo impar en CPS simétrico. Esto puede mejorar el rendimiento de los moduladores electroópticos de onda progresiva.

Files

mia2.12023.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:976c260650397318836d6660afd906ec
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نهج المجال الطيفي المطبق على التحديد الصارم لحقل الموجات الدقيقة في الهياكل المستوية مع توزيع الأقطاب الكهربائية غير المتماثلة
Translated title (French)
Approche du domaine spectral appliquée à la détermination rigoureuse du champ micro-onde dans des structures planes à répartition asymétrique des électrodes
Translated title (Spanish)
Enfoque de dominio espectral aplicado a la determinación rigurosa del campo de microondas en estructuras planas con distribución asimétrica de electrodos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3114051819
DOI
10.1049/mia2.12023

Is supplement to
https://openalex.org/W4206327962 (Other)
https://openalex.org/W3021694725 (Other)
https://openalex.org/W2940695648 (Other)
https://openalex.org/W2334225663 (Other)
https://openalex.org/W2061413604 (Other)
https://openalex.org/W2025195393 (Other)
https://openalex.org/W2010009304 (Other)
https://openalex.org/W1996851061 (Other)
https://openalex.org/W1973684381 (Other)
https://openalex.org/W1549119392 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1967690707
  • https://openalex.org/W2025644399
  • https://openalex.org/W2099907643
  • https://openalex.org/W2109007137
  • https://openalex.org/W2110829879
  • https://openalex.org/W2128775449
  • https://openalex.org/W2146282435
  • https://openalex.org/W2217521906
  • https://openalex.org/W2282870454
  • https://openalex.org/W2292778369
  • https://openalex.org/W2466626281
  • https://openalex.org/W2559835142
  • https://openalex.org/W2593002933
  • https://openalex.org/W2772899822
  • https://openalex.org/W2892135951
  • https://openalex.org/W2899865233
  • https://openalex.org/W2972910037
  • https://openalex.org/W3099912982
  • https://openalex.org/W3106538861