Antennas Based on Rotationally Symmetric Lenses for High-Frequency Wireless Applications
Tid: Må 2024-06-10 kl 09.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Telekommunikation
Respondent: Oskar Zetterström , Elektromagnetism och fusionsfysik
Opponent: Professor Andrea Neto, Terahertz Sensing (THZ), Department of Microelectronics, TU Delft, Delft, The Netherlands
Handledare: Oscar Quevedo-Teruel, Elektromagnetism och fusionsfysik; PhD Nelson J. G. Fonseca, Anywaves, Toulouse, France; Professor Martin Norgren, Elektromagnetism och fusionsfysik
QC 20240508
Abstract
Denna avhandling undersöker linsantenner för framtida trådlösa tillämpningar. Målet är att tillhandahålla robusta och kostnadseffektiva antennlösningarmed bred strålstyrningsförmåga. Den breda strålstyrningen uppnås med hjälp av rotationsymmetriska inhomogena linser, såsom Luneburg-linsen. Härledningen av det inhomogena brytningsindexet med geometrisk optik beskrivs. Linsantenner implementerade i planvågledare (PPW) och volymetriskalinsantenner undersöks.
De studerade PPW-linsantennerna är konstruerade för att vara robusta mot tillverknings- och monteringsfel samtidigt som de möjliggör hög strålningseffektivitet och strålstyrning i ett brett vinkelspann. Linsens brytningsindex realiseras med hjälp av kvasiperiodiska strukturer eller genom att modifiera vågledaren. Specifikt föreslås två robusta och kostnadseffektiva glidsymmetriska kvasiperiodiska strukturer. För det första används glidsymmetriska substratintegrerade hål (SIHs) för att möjliggöra ett större PPW-avstånd jämfört med tidigare rapporterade helt metalliska konstruktioner. Detta stora PPW-avstånd leder till en robust antennlösning, och SIH-strukturen kan tillverkas kostnadseffektivt. Närvaron av dielektrikat medför förluster, men det visar sig att dessa uppkomna förluster är tillräckligt låga för många tillämpningar i Ka-bandet. För det andra används en glidsymmetrisk perforerad dielektrisk skiva för att möjliggöra ett ännu större PPW-avstånd. Skivan tillverkas additivt genom att arrangera perforationerna glidsymmetriskt vilket möjliggör att fler effektiva brytningsindex kan realiseras. Återigen visas det att de tillkomna förlusterna på grund av dielektrikat är tillräckligt låga för praktiska tillämpningar i Ka-bandet. Helt metalliska (och högeffektiva) PPW-linsantenner kan baseras på geodesiska linser. Dessa linser kräver inte realisering av små detaljer och kan därför vara robusta. En demonstrator av en geodesisk linsantenn för V-bandet presenteras, och tekniker för att minska känsligheten för tillverkningsfel föreslås. Dessa tekniker används senare i designen av en geodesisk linsantenn med reducerad variation i antennförstärkningen inom strålstyrningsintervallet jämfört med referensverk i litteraturen. Denna geodesiska lins baseras på den generaliserade Luneburg-linsen.
Additiv tillverkning erbjuder attraktiva möjligheter för realisering av volymetriska inhomogena linsantenner som kan producera hög-direktiva strålar som kan styras över ett brett vinkelspann. Dock begränsas det realiserbara spannet av det effektiva brytningsindexet för kvasiperiodiska dielektriskastrukturer av den minsta realiserbara geometriska detaljen, och volymetriska inhomogena linser i litteraturen är ofta trunkerade, vilket påverkar deras fokuseringsegenskaper. I denna avhandling diskuteras inverkan av kristallstrukturen på det effektiva brytningsindexet, och det visas att genom att använda symmetriska kristallstrukturer kan fler effektiva brytningsindex realiseras. Dessutom föreslås en ny lins som tar hänsyn till tillverkningsbegränsningarna. Denna lins fungerar på ett liknande sätt som Luneburg-linsen, men den har ett brytningsindex som kan justeras för att lättare kunna tillverkas.