Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Ultrawideband Anisotropic Glide-Symmetric Metasurfaces
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Electromagnetic Engineering.ORCID iD: 0000-0002-8608-0640
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Electromagnetic Engineering.ORCID iD: 0000-0002-4900-4788
2019 (English)In: IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, ISSN 1536-1225, E-ISSN 1548-5757, Vol. 18, no 8, p. 1547-1551Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

This letter presents a method to realize anisotropic two-dimensional designs with wideband operation. Glide symmetry has been proven to increase the bandwidth and equivalent refractive index of periodic structures. Here, two anisotropic glide-symmetric unit cells are proposed and characterized. Our simulated results prove that these unit cells follow the general behavior of periodic structures possessing glide symmetry. Moreover, we demonstrate that higher level of anisotropy can also be achieved by glide symmetry. Combining our proposed anisotropic glide-symmetric unit cell and transformation optics, a 30% compressed Luneburg lens is designed. The lens operates from 1 to 13 GHz.

Place, publisher, year, edition, pages
IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC , 2019. Vol. 18, no 8, p. 1547-1551
Keywords [en]
Anisotropy, glide symmetry, Luneburg lens, metasurfaces, transformation optics
National Category
Other Physics Topics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-257559DOI: 10.1109/LAWP.2019.2922238ISI: 000480310900003Scopus ID: 2-s2.0-85070460292OAI: oai:DiVA.org:kth-257559DiVA, id: diva2:1353790
Note

QC 20190924

Available from: 2019-09-24 Created: 2019-09-24 Last updated: 2019-11-18Bibliographically approved
In thesis
1. High Frequency Microwave and Antenna Devices based on Transformation Optics and Glide-Symmetric Metasurfaces
Open this publication in new window or tab >>High Frequency Microwave and Antenna Devices based on Transformation Optics and Glide-Symmetric Metasurfaces
2019 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The new generation of wireless communication networks intends to support data rate of Gbit/s. One solution to make it possible is to move upwards in frequency range to employ the unused spectrum in mm-wave frequencies. This brings new challenges in the design of hardware for the communication networks, namely high free space path loss and expensive manufacturing. In this thesis, transformation optics and glide symmetry are employed to address these new challenges for the design of high frequency microwave components and lens antennas.

Transformation optics provides a systematic tool to manipulate electromagnetic waves in a desired way. In this thesis, this tool has been used to improve the radiation properties of conventional homogeneous three-dimensional lenses and compress the size of two-dimensional graded-index lenses.

Glide symmetry is a subset of higher-order symmetries and is described by a translation followed by a reflection with respect to a defined plane. Periodic structures possessing glide symmetry exhibit interesting properties. In this thesis, four of these properties are explored and possible applications are discussed.

First, it is demonstrated that the first mode in a glide-symmetric periodic structures is significantly less dispersive than the corresponding conventional non-glide structure. This property was employed to design fully metallic wideband metasurface-based antennas. The losses in this type of antennas are only ohmic which make them suitable for high frequency applications. Second, it is shown that anisotropic glide-symmetric periodic structures can provide higher levels of anisotropy compared to their conventional periodic counterparts. This property is employed to design compressed two-dimensional lenses. Third, it is demonstrated that glide symmetry can be used to match the impedance of two vastly different dielectric media in a parallel plate waveguide configuration by enhancing the magnetic properties. This property was used to match the profile of two-dimensional homogeneous lenses. Fourth it is shown that glide-symmetric holey metallic structures achieve a significantly wider stop-band compared to conventional non-glide periodic structures. This property is exploited to design cost-effective waveguiding structures and microwave components at mm-wave frequencies. Furthermore, using this property, a flange design that provides contact-less measurement at mm-wave frequencies is presented.

Abstract [sv]

Den nya generationen trådlösa kommunikationsnätverk avser stödja datahastigheter upp till Gbit per sekund. En lösning för att göra det möjligt är att kommunicera på högre frekvenser där det oanvända spektrumet för mm-vågor kan nyttjas. Kommunikation på höga frekvenser medför nya utmaningar i utformningen av hårdvara för kommunikationsnäten, nämligen hög förlust i frirymds-vågutbredningen och höga tillverkningskostnader. I denna avhandling används transformationsoptik och glidsymmetri för att möta dessa nya utmaningar i designen av högfrekventa mikrovågskomponenter och linsantenner.

Transformationsoptik tillhandahåller ett systematiskt verktyg för att manipulera elektromagnetiska vågor på önskat sätt. I denna avhandling har detta verktyg använts för att förbättra strålningsegenskaperna för konventionella homogena 3-dimensionella linser och komprimera storleken av 2-dimensionella inhomogena linser.

Glidsymmetri är en typ av högre symmetri och den beskrivs av en förskjutning följt av en reflektion med avseende på ett definierat plan. Periodiska strukturer med glidsymmetri uppvisar attraktiva egenskaper. I denna avhandling undersöks fyra av dessa egenskaper och möjliga tillämpningar diskuteras.

Först demonstreras att den första moden i en glidsymmetrisk periodisk struktur har betydligt lägre frekvensberoende än i motsvarande konventionellt periodiska struktur. Den här egenskapen har använts föratt designa helt metalliska bredbandiga metayt-baserade linsantenner. I denna antenntyp uppkommer enbart ohmiska förluster i metallen vilket gör den lämplig för högfrekvensapplikationer. För det andra visas det att anisotropa glidsymmetriska periodiska strukturer kan uppnå högre nivåer av anisotropi jämfört med deras konventionella periodiska motsvarighet. Den här egenskapen används för att designa komprimerade tvådimensionella linser. För det tredje demonstreras att glidsymmetri kan användas för att matcha impedansen för två olika dielektriska medier i parallellplåt-vågledarkonfiguration genom att utöka de magnetiska egenskaperna. I denna avhandling har detta använts för att impedansanpassa tvådimensionella homogena linser. För det fjärde visas att en glidsymmetrisk gropig metallisk struktur uppnår betydligt bredare stoppband jämfört med den gropiga periodiska strukturen utan glidsymmetri. Den här egenskapen har utnyttjats för att utforma kostnadseffektiva vågledare och mikrovågskomponenter för mm-vågfrekvenser. Slutligen används denna egenskap för att designa en fläns som som möjliggör kontaktlösa mätningar vid mm-vågfrekvenser.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2019. p. 78
Series
TRITA-EECS-AVL ; 2019:84
Keywords
Glide Symmetry, Transformation Optics, Lens Antennas, High Frequency, Microwave Devices
National Category
Communication Systems
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-263889 (URN)978-91-7873-376-7 (ISBN)
Public defence
2019-12-11, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm, 13:30 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC20191119

Available from: 2019-11-19 Created: 2019-11-18 Last updated: 2019-11-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records BETA

Ebrahimpouri, MahsaQuevedo-Teruel, Oscar

Search in DiVA

By author/editor
Ebrahimpouri, MahsaQuevedo-Teruel, Oscar
By organisation
Electromagnetic Engineering
In the same journal
IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters
Other Physics Topics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 87 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf