Ray Tracing and Physical Optics for Geodesic and GRIN Lens Antennas
Tid: Må 2025-09-29 kl 13.00
Plats: Room nr. 132, F3, Lindstedtsvägen 26 & 28
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/67589198814
Språk: Engelska
Respondent: Mingzheng Chen , Elektromagnetism och fusionsfysik
Opponent: Professor Christophe Craeye, Universite Catholique de Louvain
Handledare: Professor Oscar Quevedo-Teruel, Elektromagnetism och fusionsfysik; Professor Francisco Mesa, University of Seville; Associate professor Mariana Dalarsson, Elektromagnetism och fusionsfysik
QC 20250828
Abstract
Denna avhandling undersöker strålspårning (RT) och fysikalisk optik (PO) för geodetiska och gradientindex- (GRIN) linsantenner i både fjärr- och närfält vid millimetervägsfrekvenser (från cirka 30 GHz upp till 110 GHz). I synnerhet studeras parallella plattvågledar- (PPW) baserade GRIN-linser och geodetiska H-planshorn för att generera högförstärkande antenner i fjärrfältet. Dessutom undersöks radiella GRIN-linser för att producera kvasi-icke-diffrakteran-de balkar i närfältet. Stråltekniker används i samtliga fall.
Den mycket tidseffektiva och rimligt noggranna RT-PO-modellen föreslås först som ett snabbt designverktyg. Modellen kan delas in i tre steg: (i) beräk-ning av strålbanor och motsvarande fasfördelning med hjälp av geometrisk optik, (ii) utvärdering av amplitudfördelningen med hjälp av strålrör effektbevarandeteori, och (iii) beräkning av strålningsfjärrfält med hjälp av fält-ekvivalensprincipen i PO. I denna avhandling erhålls viktiga antennparametrar från modellen, inklusive strålningmönster, riktningsförmåga, dielektrisk förlust och förstärkning. Två PPW-baserade GRIN-linser, Mikaelian- och Luneburg-linserna med H-plan strålstyrningfunktioner, studeras för att validera den föreslagna RT-PO-modellen.
RT-PO-modellen används också för att designa nya geodetiska H-plan-hornantenner. En lämplig geodetisk form föreslås och optimeras med hjälp av det snabba RT-PO-verktyget för att korrigera för fasfel i vanliga H-planhorn. De resulterande helt metalliska antennerna bibehåller en stabil solfjäderform-ad stråle över ett brett frekvensband, med hög förstärkning, hög bländare-ffektivitet och hög strålningsverkningsgrad. Dessutom används en additiv tillverkningsteknik (AM) med enbart metall för att monolitiskt tillverka dem på ett kompakt och lätt sätt. Framgångsrik prototypframställning har demonstrerats upp till W-bandet.
Förutom tillämpningar i fjärrfältet undersöker denna avhandling även radiella GRIN-linser för närfältsstrålformning. En kvasi-sluten radiell GRIN-profil härleds baserat på optiska väglängder för de spårade strålarna för att generera kvasi-icke-diffrakterande strålar. Den föreslagna profilen kan tillämpas för ett brett spektrum av linsparametrar och driftsfrekvenser. Kvasiperiodiska strukturer arrangerade i ett mycket symmetriskt gitter används för att experimentellt realisera denna lins med hjälp av dielektrisk AM som täcker hela Ka-bandet. Den föreslagna profilen är även lika tillämplig för högre frekvenser.