Steuerbare Gradienten-Index Fishnet-Strukturen basierend auf Flüssigkristallen zur Strahlschwenkung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Damm; Professor Dr.-Ing. Rolf Jakoby
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230900032

Ziel dieses Projektes ist der Entwurf und die Untersuchung einer steuerbaren Gradienten-Index-Fishnet-Struktur basierend auf Flüssigkristallen (LC) zur Anwendung als Transmit-Array zur Strahlschwenkung. Es ist die erste Anwendung einer Fishnet-Struktur mit einer nicht gleichmäßigen, spannungsgesteuerten Phasenverteilung transversal zur einfallenden Strahlrichtung. Die Steuerung des Gradienten wird durch die Anwendung von Flüssigkristallen als steuerbares Dielektrikum erreicht. Dadurch werden die Dispersionseigenschaften der Fishnet-Struktur gesteuert und eine Schwenkung des einfallenden Strahls erreicht. Da die Fishnet-Struktur auf der Breitseite angeregt wird, ist der technologische Aufwand verhältnismäßig gering und es kann auf bewährte LC-Technologie, wie sie zur Herstellung von planaren Mikrowellenkomponenten eingesetzt wird, zurückgegriffen werden. Es wurde gezeigt, dass die Fishnet-Struktur bis in den optischen Bereich verwendet werden kann. Zusammen mit den kontinuierlich steuerbaren Flüssigkristallen ergeben sich damit Anwendungen bis in den THz-Bereich.Das Projekt besteht aus zwei grundlegenden Teilen: dem Entwurf und der Untersuchung einer steuerbaren Fishnet-Elementarzelle sowie dem Entwurf eines Arrays bestehend aus diesen steuerbaren Elementarzellen. Da die Anwendung und die Charakterisierung der Fishnet-Struktur als effektives Material mit Gradienten ein neues Forschungsgebiet darstellen, müssen Untersuchungen bezüglich der Anwendbarkeit der effektiven Material- und Blochparameter, der Elementarzellen-Anisotropie sowie Nahfeldkopplung durchgeführt werden. Um eine Spannungssteuerung der LC-Lage zu ermöglichen, werden ein Biasing-Netzwerk entworfen sowie die Dispersionseigenschaften untersucht. Basierend auf diesen Ergebnissen wird das Array hergestellt sowie die Möglichkeit der Strahlschwenkung mithilfe der Gradienten-Index-Fishnet-Struktur gezeigt. Das Fishnet-Array hat eine Gesamtabmessung in der Größenordnung mehrerer Freiraumwellenlängen. Gleichzeitig enthält sie Detailstrukturen, die viel kleiner als die Freiraumwellenlänge sind, was einen großen Simulationsaufwand bedeutet. Somit müssen innerhalb des Projekts zeit- und speichereffiziente Simulationstechniken entworfen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen