Publication: Leaky waves for near and far field antenna beam shaping
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Publication date
2014
Defense date
2014-11-27
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Abstract
The main purpose of this thesis is to present innovative beam shaping antennas, based on
leaky wave antennas LWAs, which can meet fundamental requirements like: low cost, low
profile and high gain. Important fields of application switch on from near-field (holographic
concept) to far-field (low and high satellite applications). For the near-field application, the
objective has been the use of periodic LWAs to synthesize a near-field pattern focusing at a
specific point and with also a predetermined polarization. The impact of the circular or radial
polarization on the shape of the focal region in these periodic LWAs has been investigated.
Also the ability of these antennas to do frequency steering of the focus is studied for all the
designs.
For the far-field application, we consider two main scenarios: in the first one, we study
solutions for Geostationary Satellite (GEO) where thinned arrays are required to scanning
at a few degrees. In the second one, we point to LEO satellites, where dense arrays are
more suitable for large scanning angles. In these applications, uniform LWAs are more
appropriate, since they allow the possibility for overlapping areas between the different
array elements.
All results are carefully corroborated with commercial software and home-made code
as well as with the measurement of the fabricated prototypes.
El objetivo principal de esa tesis es presentar soluciones innovadoras para realizar conformación de haz con antenas tipo Leaky Wave. Estas antenas son conocidas por ser de bajo coste, fáciles de diseñar y tener alta ganancia. Los campos de aplicación de este tipo de antenas son muy variados y pueden ir desde aplicaciones en campo cercano (antenas holográficas) hasta campo lejano (aplicaciones para satélites de bajas y altas órbitas). En particular para antenas en campo cercano, esta tesis propone el uso de antenas Leaky Wave periódicas para sintetizar diagramas de radiación que focalizan el campo concentrándolo en un punto con una polarización predeterminada. Se investiga el impacto de los distintos tipos de polarización (circular y lineal) en la forma de la región focal, así como la habilidad de este tipo de antenas para desplazar el foco en función de la frecuencia. Ambos fenómenos se estudian a través de varios diseños y con las medidas de dos prototipos construidos. En campo lejano se consideran dos escenarios. En el primero se presenta un estudio para satélites geoestacionarios donde agrupaciones de antenas con grandes periodicidades son útiles para cubrir unos pocos grados. Por el contrario, el segundo escenario se centra en una aplicación de satélite para baja órbita. Aquí es recomendable utilizar una agrupación de antenas con periodicidad menor que λ para poder cubrir grandes ángulos. En estos dos escenarios las antenas Leaky Wave uniformes son muy adecuadas ya que permiten que las áreas de los diferentes elementos de la agrupación de antenas se solapen. Todos estos diseños se verifican con software comercial y código propio así como a través de medidas de los prototipos fabricados.
El objetivo principal de esa tesis es presentar soluciones innovadoras para realizar conformación de haz con antenas tipo Leaky Wave. Estas antenas son conocidas por ser de bajo coste, fáciles de diseñar y tener alta ganancia. Los campos de aplicación de este tipo de antenas son muy variados y pueden ir desde aplicaciones en campo cercano (antenas holográficas) hasta campo lejano (aplicaciones para satélites de bajas y altas órbitas). En particular para antenas en campo cercano, esta tesis propone el uso de antenas Leaky Wave periódicas para sintetizar diagramas de radiación que focalizan el campo concentrándolo en un punto con una polarización predeterminada. Se investiga el impacto de los distintos tipos de polarización (circular y lineal) en la forma de la región focal, así como la habilidad de este tipo de antenas para desplazar el foco en función de la frecuencia. Ambos fenómenos se estudian a través de varios diseños y con las medidas de dos prototipos construidos. En campo lejano se consideran dos escenarios. En el primero se presenta un estudio para satélites geoestacionarios donde agrupaciones de antenas con grandes periodicidades son útiles para cubrir unos pocos grados. Por el contrario, el segundo escenario se centra en una aplicación de satélite para baja órbita. Aquí es recomendable utilizar una agrupación de antenas con periodicidad menor que λ para poder cubrir grandes ángulos. En estos dos escenarios las antenas Leaky Wave uniformes son muy adecuadas ya que permiten que las áreas de los diferentes elementos de la agrupación de antenas se solapen. Todos estos diseños se verifican con software comercial y código propio así como a través de medidas de los prototipos fabricados.
Description
Mención Internacional en el título de doctor
Keywords
Leaky wave antennas, Polarization, Frequency steering