A Cost-Effective Luneburg Lens Based on Glide-Symmetric Metasurface for 5G Applications

In this work, a cost-eective at Luneburg lens antenna operating at the Ka-band is presented.The antenna is suitable for high frequency applications in future communicationnetworks such as 5G systems due to its simple feeding, high directivity, and low loss.The lens is composed of a parallel plate structure loaded with glide-symmetric holes.The holes are tailored so that the required refractive index prole of a Luneburg lensis obtained. In order to realize the highest required refractive index, a dielectric diskis placed between the upper and lower layer of the lens. Glide symmetry is employedto provide ultra-wideband properties and increase the equivalent refractive index of theholey structure. Dierent congurations of holey glide-symmetric unit cells with dierentdielectric materials have been studied to nd a simple and cost-eective solution. Thelens is fed through eleven waveguide feeds to achieve a scanning capability of 50 in theazimuth plane. The heights of the waveguide feeds are stepped in order to match theirimpedance to the parallel plate gap. The lens is ended with a are to minimize reectionsbetween the lens and free-space.The nal design is a lens with a center frequency of 28 GHz with a 20% bandwidth.The reection coecient is below -11.5 dB and the crosstalk is below -16 dB for the fullfrequency band. The lens has a realized gain of 16.7 dBi at 28 GHz. The eciency is73% at 28 GHz with a metal loss of 19% and a dielectric loss of 1.8%.I det här arbetet presenteras en kostnadseffektiv plan Luneburg linsantenn för Ka-bandet.Antennen har tillämpningar inom högfrekventa applikationer inom framtida kommunikationsnätverk såsom 5G-nätet på grund utav sin enkla matning, höga direktivitet, och låga förluster.±Linsen består av två parallella ytor med glidsymmetriska hål. Hålen är skräddarsydda så att det nödvändiga brytningsindexet för en Luneburg lins uppnås. För att realisera det högsta nödvändiga brytningsindexet placeras en rund dielektrisk skiva mellan linsens övre och undre yta. Glidsymmetri används för att tillhandahålla ultrabredbandsegenskaper och öka det ekvivalenta brytningsindexet hos den håliga strukturen. Olika typer av konfigurationer av håliga glidsymmetriska enhetsceller med olika dielektriska material har studerats för att hitta en enkel och kostnadseffektiv lösning. Linsen matas med elva vågledare för att kunna stråla inom ett vinkelområde på 50◦ i azimutplanet. Vågledarmatningen har en sektion där höjden ändras i ett antal steg för att matcha sin impedans till impedansen från mellanrummet av de två parallella ytorna. Linsen avslutas med en endimensionell hornstruktur för att minimera reflektioner mellan linsen och fri rymd.Den slutgiltiga designen är en lins med centerfrekvensen på 28 GHz med en 20% bandbredd. Reflektionskoefficienten är lägre än -11.5 dB och överhörningen är lägre än-16 dB för hela frekvensbandet. Linsen har en antennvinst på 16.7 dB vid 28 GHz. Strålningseffektiviteten är på 73% vid 28 GHz med en förlust på 19% i metallen och 1.8%i det dielektriska materialet