The evolution of mobile communications leads to the development of 6G, presenting multifaceted challenges and demanding technological shifts. It is anticipated that mm-wave and sub-THz frequency bands will be crucial to 6G. Higher operational frequencies result in shorter wavelengths, which pose challenges for the conventional design and manufacture of antenna arrays, particularly in managing grating lobes. Effective control over unwanted emissions and grating lobes is critical for the integration of future terrestrial communication systems, ensuring broad coverage and avoiding interference with non-terrestrial systems, such as satellites. Additionally, integrated radio products operating in mm-wave and beyond require highly directive antennas to counteract significant path loss while providing broad scanning and multibeam capabilities. These demands are further compounded by global economic and energy constraints, emphasizing the need for sustainable and energy-efficient radio systems with reconfigurable radiation patterns. This project addresses these challenges by developing an antenna system capable of mitigating grating lobes across a scanning range, redirecting them toward the desired direction to enhance the antenna’s directivity. The proposed solution combines a dielectric lens-based dome with a Phased Array Antenna (PAA) featuring large element spacing. This design adds quasioptical functionality in the protective radome over the PAA, which provides reconfigurability while reducing production costs. For the dielectric dome design, a simple method based on dielectric prisms and their light-redirecting ability is used to approximate its shape. As a result, the dielectric dome, created as a proof of concept for a specified array, effectively mitigated grating lobes at 0-degree and±10-degree scans, achieving reductions of up to 27.2 dB and a minimum of 10.7 dB. Additionally, with the dielectric dome, the system’s directivity improved by at least a factor of 3.1, equivalent to 4.9 dB. The lens is symmetric and static, requiring no mechanical movement or additional electromechanical components. Furthermore, the lens is constructed from dielectric materials suitable for providing both mechanical and environmental protection to the antenna system. This project sets a valuable precedent, as previous approaches to grating lobe mitigation have often resulted in a degradation of directivity in the main beam direction. The dome-array configuration explored here offers strong potential, as it effectively mitigates grating lobes and significantly enhances directivity using a simple design approach, with further optimization possible.

Utvecklingen av mobilkommunikation driver fram utvecklingen av 6G, vilket innebär komplexa utmaningar och kräver betydande teknologiska framsteg. Det förväntas att frekvensband inom millimetervågor (mm-våg) och sub-THz kommer att vara avgörande för 6G. Dessa högre driftfrekvenser resulterar i kortare våglängder, vilket skapar svårigheter för konventionell design och tillverkning av antennarray, särskilt när det gäller hanteringen av gitterlober. En effektiv kontroll över oönskade emissioner och gitterlober är avgörande för att integrera framtida markbaserade kommunikationssystem, som måste säkerställa bred täckning och undvika störningar med icke-markbaserade system, såsom satelliter. Dessutom kräver integrerade radioprodukter som arbetar på mm-vågor och högre frekvenser mycket riktade antenner för att motverka betydande signalförluster samtidigt som de erbjuder bred scanning och multistrålekapacitet. Dessa krav blir ännu mer utmanande med tanke på globala ekonomiska och energirelaterade begränsningar, vilket betonar behovet av hållbara och energieffektiva radiosystem med omkonfigurerbara strålningsmönster. Detta projekt tar sig an dessa utmaningar genom att utveckla ett antennsystem som kan dämpa gitterlober över ett scanningsområde och rikta om dem mot önskad riktning, vilket förbättrar antennens riktverkan. Den föreslagna lösningen kombinerar en dielektrisk linsbaserad kupol med en fasstyrd arrayantenn (PAA) med ett stort elementavstånd. Denna design integrerar kvasi-optisk funktionalitet i radomen över PAA, vilket möjliggör omkonfigurerbarhet samtidigt som produktionskostnaderna minskas. För utformningen av den dielektriska kupolen används en enkel metod baserad på dielektriska prismor och deras förmåga att omdirigera ljusstrålar. Resultatet är att den dielektriska kupolen, som skapades som ett koncepttest för en specifik array, effektivt dämpade gitterlober vid scanning på 0 grader och ±10 grader, med dämpningar på upp till 27,2 dB och minst 10,7 dB. Dessutom förbättrades systemets riktverkan med minst 4,9 dB tack vare den dielektriska kupolen. Linsen är symmetrisk och statisk och kräver ingen mekanisk rörelse eller ytterligare elektromekaniska komponenter, vilket förenklar systemets implementering. Vidare är linsen tillverkad av dielektriska material som ger både mekaniskt och miljömässigt skydd för antennsystemet. Detta projekt skapar ett värdefullt prejudikat, då tidigare lösningar för dämpning av gitterlober ofta har lett till minskad riktverkan i huvudstrålens riktning. Den här utforskade kupol-arraykonfigurationen erbjuder stor potential eftersom den effektivt dämpar gitterlober och förbättrar riktverkan avsevärt genom en enkel designmetod, med möjlighet till ytterligare optimering.