Modeling and design of lenses combined with array antennas in the millimetre-wave regime
Tid: Fr 2025-03-14 kl 13.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/w/68384894801
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Pilar Castillo Tapia , Elektromagnetism och fusionsfysik
Opponent: Professor Ronan Sauleau, Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique, Rennes, France
Handledare: Professor Oscar Quevedo-Teruel, Elektromagnetism och fusionsfysik; Professor Martin Norgren, Elektromagnetism och fusionsfysik; Astrid Algaba-Brazalez, Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena, Spain
QC 20250212
Abstract
Denna avhandling undersöker hur linser kan kombineras med gruppantenner för att förenkla plana gruppantenners matningsnät vid millimetervågsfrekvenser. Två olika strategier föreslås: linjära gruppantenner bestående av vertikalt staplade geodesiska linsantenner baserade på planvågledare (PPW) och plana gruppantenner med dielektriska linser placerade ovanpå.
På grund av antennernas betydande elektriska storlek krävs effektiva verktyg för att designa och simulera dem. Här beräknas fjärrfältets strålningsdiagram med två strålföljningmodeller som använder fysiskalisk optik. Dessa modeller följer tre steg: beräkning av strålbanor medelst geometrisk optik, beräkning av amplitudfördelning genom att kräva att energin bevara längs strålarna och slutligen utvärdering av fjärrfältets strålningsdiagram från strålbanorna och amplitudfördelningen. Vidare kan dessa modeller också beräkna antennens verkningsgrad. För de PPW-baserade linserna minskar verkningsgraden på grund av metallers begränsade ledningsförmåga och ytojämnheter i de metalliska plattorna, medan verkningsgraden för dielektriska linser minskar på grund av materialets absorption och reflektioner.
Tre PPW-baserade linsgruppantenner presenteras i denna avhandling. Först presenteras strålstyrning i två plan i en gruppantenn av vertikalt staplade PPW-linser och ett matningsnät baserat på effektfördelare och fasvridare. Antennen tillverkas i olika delar med fräsning. Därefter designas och tillverkas en monolitisk gruppantenn med hjälp av additiv tillverkning, vilket förhindrar läckage och fellinjerning mellan olika delar. Profilen för den geodesiska linsen kräver vissa modifieringar för att anpassas till tillverkningstekniken. Slutligen föreslås en åsad linsantenn för att minska höjden av PPW-linsanten. Två olika åsar föreslås (rektangulära och trapetsformade), som är lämpliga för fräsning respektive additiv tillverkning. Denna typ av linsantenner kan staplas vertikalt för att bilda en linjär gruppanten.
Kombinationen av fasstyrda gruppantenner och dielektriska linser är av intresse för mobil- och satellitkommunikation. Dielektriska linser kan öka gruppantenners förstärkning vid olika styrvinklar eller styra gallerlober. Detta kan bidra till att minska komplexiteten och strömförbrukningen hos matningsnäten för dessa gruppantenner. De två designade dielektriska linserna visar att användandet av olika profiler för de dielektriska lagren i linsen ger fler frihetsgrader. Detta, tillsammans med en anpassad design av linsen för specifika mål, bidrar till att de uppnådda resultaten ligger nära linsens fysikaliska gränser.