Ökning av Korsningsnivåerna i Strålningsfältet för Geodetiska Luneburg Linsantenner

The new and forthcoming generation of mobile networks intend to operate at considerably higher frequencies than the previous systems. This lift in frequency of operation alleviates today’s communication systems’ crowded bandwidth and allows for faster data rates than previously possible. However, the suggested increase in frequency of operation introduces new challenges and new antenna solutions are required. One possible candidate for the future communication systems is the Luneburg lens antenna that offers high gain, a simple feeding network and wide-angle scanning. Scanning of lens antennas occurs by placing several feeds along its focal line, but where the width size of the feed place a major constraint on the achievable crossover level between beams. In this thesis, we aim to increase the crossover level between beams in a geodesic Luneburg lens antenna. The importance of a high crossover level is to ensure a more equal performance in terms of data rate transfer to all end users. Here, we investigate two different methods on achieving a higher crossover level. The first method is to utilize a near-field lens while the other method concerns the usage of a generalized Luneburg lens that allows to displace the focal point outside the lens’ contour. A comparison study of these two alternatives are made where it is shown that a generalized Luneburg lens is the preferable choice. A generalized geodesic Luneburg lens is thereafter designed that attains a crossover level of -3:87 dB at the central frequency 62 GHz for the center port. The lens performs well with a bandwidth of 15% and a scanning range between ±52°. The reflection coefficient is below -13 dB in the frequency range of interest and the cross-talk is below -17:9 dB. The realized gain is simulated to 19:01 dBi at 57 GHz, 20:85 dBi at 62 GHz and 21:34 dBi at 67 GHz for the central port. Den nya och de kommande generationerna av mobilnät avser att fungera på betydande högre frekvenser än tidigare system. Det här lyftet i frekvens minskar den trånga bandbredden i dagens kommunikationssytem och tillåter för snabbare datahastigheter än tidigare möjligt. Däremot, den förslagna ökningen av frekvens introducerar nya utmaningar och därmed behövs nya antennlösningar. En möjlig kandidat för det framtida kommunikationssystemet är Luneburg linsantennen som erbjuder en hög antennförstärkning, ett enkelt matningsnätverk och en bred vinkelskanning. Vinkelskanning av linsantenner sker genom att placera flera matningar längs dess fokallinje, men där bredden på matningarna utgör en stor begränsning för den nåbara korsningsnivån mellan strålningsfält. Det här examensarbetets syfte är att öka korsningsnivåerna mellan strålningsfälten i en geodetisk Luneburg linsantenn. Betydelsen att ha höga korsningsnivåer mellan strålningsfält är att säkerhetsställa en mer jämn prestanda av datahastigheter för alla slutanvändare. Vi undersöker två olika metoder för att uppnå högre korsningsnivåer. Den första metoden använder en närfältslins medan den andra metoden använder sig av en generaliserad Luneburg lins som tillåter att förflytta fokalpunkten utanför linsens kontur. En jämförelsestudie mellan dessa två metoder är genomförd där det visas att den generaliserade Luneburg linsen är det fördelsaktiga valet. En generaliserad Luneburg lins är därefter designad som uppnår korsningsnivåer på -3:87 dB på den centrala frekvensen 62 GHz för center porten. Linsen fungerar väl med en bandbredd på 15% och vinkelskanning mellan ±52°. Reflektionskoefficienten är under -13 dB i frekvensområdet av intresse och kopplingen mellan olika portar är under -17:9 dB. Den realiserade antennförstärkningen är simulerad till 19:01 dBi vid 57 GHz, 20:85 dBi vid 62 GHz och 21:34 dBi vid 67 GHz