High Frequency Microwave and Antenna Devices based on Transformation Optics and Glide-Symmetric Metasurfaces

Tid: On 2019-12-11 kl 13.30

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Mahsa Ebrahimpouri , Elektroteknisk teori och konstruktion

Opponent: Professor Nader Engheta, University of Pennsylvania, Department of Electrical and Systems Engineering

Handledare: Associate Professor Oscar Quevedo-Teruel, Elektroteknisk teori och konstruktion

Abstract

Den nya generationen trådlösa kommunikationsnätverk avser stödja datahastigheter upp till Gbit per sekund. En lösning för att göra det möjligt är att kommunicera på högre frekvenser där det oanvända spektrumet för mm-vågor kan nyttjas. Kommunikation på höga frekvenser medför nya utmaningar i utformningen av hårdvara för kommunikationsnäten, nämligen hög förlust i frirymds-vågutbredningen och höga tillverkningskostnader. I denna avhandling används transformationsoptik och glidsymmetri för att möta dessa nya utmaningar i designen av högfrekventa mikrovågskomponenter och linsantenner.

Transformationsoptik tillhandahåller ett systematiskt verktyg för att manipulera elektromagnetiska vågor på önskat sätt. I denna avhandling har detta verktyg använts för att förbättra strålningsegenskaperna för konventionella homogena 3-dimensionella linser och komprimera storleken av 2-dimensionella inhomogena linser.

Glidsymmetri är en typ av högre symmetri och den beskrivs av en förskjutning följt av en reflektion med avseende på ett definierat plan. Periodiska strukturer med glidsymmetri uppvisar attraktiva egenskaper. I denna avhandling undersöks fyra av dessa egenskaper och möjliga tillämpningar diskuteras.

Först demonstreras att den första moden i en glidsymmetrisk periodisk struktur har betydligt lägre frekvensberoende än i motsvarande konventionellt periodiska struktur. Den här egenskapen har använts föratt designa helt metalliska bredbandiga metayt-baserade linsantenner. I denna antenntyp uppkommer enbart ohmiska förluster i metallen vilket gör den lämplig för högfrekvensapplikationer. För det andra visas det att anisotropa glidsymmetriska periodiska strukturer kan uppnå högre nivåer av anisotropi jämfört med deras konventionella periodiska motsvarighet. Den här egenskapen används för att designa komprimerade tvådimensionella linser. För det tredje demonstreras att glidsymmetri kan användas för att matcha impedansen för två olika dielektriska medier i parallellplåt-vågledarkonfiguration genom att utöka de magnetiska egenskaperna. I denna avhandling har detta använts för att impedansanpassa tvådimensionella homogena linser. För det fjärde visas att en glidsymmetrisk gropig metallisk struktur uppnår betydligt bredare stoppband jämfört med den gropiga periodiska strukturen utan glidsymmetri. Den här egenskapen har utnyttjats för att utforma kostnadseffektiva vågledare och mikrovågskomponenter för mm-vågfrekvenser. Slutligen används denna egenskap för att designa en fläns som som möjliggör kontaktlösa mätningar vid mm-vågfrekvenser.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-263889

Tillhör: Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS)
Senast ändrad: 2019-11-19