Numerical Modeling and Design of Gradient-Index Lens and Radome Antennas
Tid: Må 2026-09-28 kl 13.00
Plats: Room nr. 132, F3, Lindstedtsvägen 26 & 28
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/65422516274
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Hairu Wang , Kommunikationssystem
Opponent: Professor Juan Ramon Mosig, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland
Handledare: Professor Oscar Quevedo-Teruel, Kommunikationssystem; Professor Martin Norgren, Elektromagnetism och plasmafysik
QC 20260902
Abstract
Denna avhandling behandlar numerisk modellering och utformning av gradientindexbaserade linsantenner (GRIN-linser) samt radomintegrerade fasstyrda gruppantenner (PAA) vid millimetervågsfrekvenser. Arbetet omfattar analys av periodiska strukturer, utveckling av effektiva verktyg för strålspårning och fysikalisk optik (RT-PO) samt utformning av högpresterande GRIN-lins- och radomantenner.
Först utvecklas en metodik för att ta fram dispersionsdiagram för strukturer som är periodiska i alla tre rumsdimensioner och har olika gitterarrangemang. Analysen visar att symmetrier i rymdcentrerade och ytcentrerade kubiska gitter förbättrar isotropin och bibehåller lågdispersiva egenskaper över ett bredare frekvensområde än konventionella enkla kubiska gitter. Detta underlättar realiseringen av högpresterande GRIN-linser med lämpliga gitterarrangemang, vilket visas genom en helt metallisk Luneburglins och en dielektrisk trunkerad virtuellbildslins.
Därefter utvecklas en effektiv RT-PO-modell för snabb analys av linsers strålningsegenskaper. Geometrisk optik används för att beräkna strålbanor och fasfördelningar, medan amplituder bestäms genom effektbevarande i strålrör och strålningsfält beräknas med fältekvivalensprincipen. För azimutalt symmetriska tredimensionella GRIN-linser med direktiva matare för kollimering eller fokusering reduceras RT-beräkningen till ett tvådimensionellt (2D) axiellt tvärsnitt, medan PO utförs på en cirkulär integrationsyta vid linsens utgång. Vid uniform linjär polarisation förenklas PO-formuleringen från vektoriell till skalär integrering. Metoden möjliggör noggrann beräkning av både kvasi-icke-diffrakterande närfält och kollimerade fjärrfält med avsevärt kortare beräkningstid än kommersiella fullvågssimulatorer.
Slutligen studeras linsbaserade radomer integrerade med PAA-system för att förbättra direktiviteten inom det önskade skanningsområdet utan att modifiera de befintliga gruppantennerna. De första designerna av dielektriska linser (DL) baseras på fullvågssimuleringar, vars höga beräkningskostnad motiverar utvecklingen av effektiva RT-PO-modeller för radomanalys och radomdesign. Med 2D RT-PO-modellen utformas en DL som valideras genom prototypmätningar och ger förbättrad förstärkning och strålriktning för en realistisk PAA vid stora skanningsvinklar. Dessutom introduceras en hybriddom som kombinerar en DL med en metadom (MD). Den ger lägre vikt och mindre volym än en fristående DL samt större bandbredd än en fristående MD. Hybriddomens förmåga att utöka PAA-systemets skanningsområde visas för både enskild strålskanning och styrbara flat-top-strålar.