京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第22237号 / 理博第4551号 / 新制||理||1654(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 柳瀬 陽一, 教授 川上 則雄, 教授 松田 祐司 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

The goal of this project was to design a lens utilisinga glide symmetric periodic structure. A Lüneburg lens forantennas with a center frequency of 8 GHz has been designed.The structure was constructed using a unit cell in the shape ofan angular Bowen knot. This unit cell was then etched on themetallic surface of a parallel plate waveguide. Two symmetrycases for the unit cell were studied, the mirror symmetry andthe glide symmetry. Mirror symmetry is when the unit cell wasmirrored on the opposite metallic sheet, and glide symmetrywhen the cell was mirrored and shifted half a period. Theglide symmetric case was found to be less dispersive and moreisotropic. Further, we study the influence on the refractive indexwhen changing the geometry of the unit cell. A sufficient rangeof refractive index for realising the lens was found. These resultswere used to construct a full lens. Simulation of the complete lensshows the desired point to planar wave behavior of a Lüneburglens. In conclusion, the angular Bowen knot with glide symmetryhas the potential to construct a functioning Lüneburg lens. / Målet för detta projekt var att konstrueraen lins med glidsymmetriska periodiska strukturer. En Lüneburg-lins för antenner med en centerfrekvens på 8 GHz har de-signats. Strukturen byggdes med en enhetscell i formen avett sankthanskors etsat på en metallisk plattkondensator fylldmed ett dielektriskt substrat. Två symmetrifall betraktades,spegelsymmetri, då enhetscellen speglades på motstående me-tallskikt, och glidsymmetri där den även var förskjuten en halvperiod. Glidsymmetrin fanns ha mindre spridning och störreisotropi. Därtill undersöktes förändringarna i brytningsindex dåenhetscellens geometri förändrades. En tillräcklig räckvidd avbrytningsindex kunde uppnås. Dessa resultat användes för attkonstruera en fullständig lins. Simulering av den kompletta linsenvisade det önskade punkt till planvågbeteendet hos en Lüneburglins. Slutsatsen är att enhetsceller i formen av ett sankthanskorsmed glidsymmetri har potentialen att konstruera fungerandeLüneburg-linser. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2020, KTH, Stockholm

The aim of this project is to design a cost-effective planar Maxwell fish-eye lens in PCB technology operating at the center frequency 5 GHz with a bandwidth of 20 %. An approach to design a cost-effective lens is to use a metasurface, which is commonly realized as a periodic structure of unit cells. In this project, a study was made by comparing different unit cells and considering the effect of applying glide symmetry to the unit cells. Comparing different unit cells withand without glide symmetry demonstrates that glide symmetry is necessary to achieve a 20 % bandwidth. Introducing glide symmetry showed a reduction in dispersive behavior, an increaseof isotropy and effective refractive index. Simulations of the full lens show a functioning lens with a power transfer of 67 % at 5.46 GHz. In conclusion, glide symmetry will improve the performance of the lens and is necessary to fulfill the requirement of a 20 % bandwidth.

The project main purpose is to design a prototypeof a leaky-wave antenna (LWA) which will serve as a basisto future manufacturing of a more advanced product withpotential use for an imaging radar system. The antenna consistsof Goubau line corrugations with rectangular radiation patches.Both configurations with longitudinal symmetric and glidesymmetric corrugations have been analyzed, paying specialattention to their dispersion diagrams. A parametric study ofthe dimensions of the structure has been conducted as well.Radiation patches have been added with different offsetingsbetween each other, in order to study the effect of the separationbetween patches to the radiation pattern. The frequencybeam scanning characteristic of the antenna is also shown.This antenna operates at a center frequency of 9.4 GHz, withan efficiency of 80 %. It scans over an approximate angle widthfrom -50 to 50◦ in a frequency range from 8.5 to 10.2 GHz.It has been modeled using CST Microwave Studio and Matlab. / Det huvudsakliga målet för projektet är att designa en prototyp av en läckvågsantenn (LWA) som ska verka som en grund för framtida tillverkning av mer avancerade produkter, med potentiell användning för radarsystem för bildtagning. Antennen består av en Goubau linje veckning med rektangulära strålningsflikar. Båda konfigurationerna med longitudinell symmetri och glid symmetri har analyserats. Förutom detta har en parameterstudie av dimensionerna av strukturen utförts. Strålningsflikar har blivit tillagda med olika förskjutningar mellan varandra, för att studera effekten av separationen mellan flikarna och strålningsmönstret. Egenskaperna hos antennens frekvensberoende skanning visas också. Denna antenn fungerar vid en centerfrekvens på 9.4 GHz, med en effektivitet på 80%. Den skannar över en ungefärlig vinkel från -50 till 50◦ över ett frekvensspann från 8.5 till 10.2 GHz. Detta har modellerats med CST Microwave Studio och Matlab. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2022, KTH, Stockholm

In recent years, a new field of study has arisen around theapplication of the so-called higher symmetries to structures that werealready thought to be completely studied and with no room forimprovement in terms of benefits.There are two types of higher symmetries, named glide and twistsymmetries. The objective of this Master thesis is the study of theeffects coming from the application of the glide symmetry on aprinted filter in microstrip technology and its comparison with afilter with conventional reflective symmetry.The filter was adapted to the glide characteristics and we provide itsbehavior from different points of view with the purpose of reachinga better understanding of the consequences of applying the glidesymmetry on this type of printed filters.Three prototypes were manufactured and measured to validate thesimulated results. / Under senare år har ett nytt forskningsfält uppkommit genom applikationen av högre symmetrier till strukturer som redan studerats extensivt. Det finns två typer av högre symmetrier och dessa kallas glid- och vridsymmetrier. Målet med detta masterexamensarbete är att studera effekten som kommer från applikationen av glidsymmetri på ett filter, implementerat i mikrostripsteknik. Jämförelse med filtret med enbart reflektionssymmetri görs också. Glidsymmetri har introducerats i filtret och vi undersöker filtrets beteende från en rad olika synvinklar för att uppnå en bättre förståelse för konsekvenserna av glidsymmetri för den här typen av tryckta (”printed”) filter. Flera prototyper har tillverkats och mätts för att validera de simulerade resultaten.

There are more connected wireless devices than everbefore and with the rise of new smart systems such as self-drivingcars and smart cities new antenna solutions for transmittingsignals are needed. One important part of these systems is thefilters which filter out all the unwanted signals. In this report,we present a solution for manufacturing such a filter with apassband from 26-29 GHz and a stopband from 29-60 GHz usinga fully metallic glide-symmetric structure. Ideas of combiningmultiple unit cell designs to achieve wider stopbands and higherattenuation are explored using dispersion engineering wherethe advantages and the disadvantages of using this method arepresented. Furthermore, ways of combining the filter to standardconnections using a coaxial cable to waveguide transition areproposed and designed. The usage of multiple unit cell designsis proven to be a solution for achieving wider stopbands withminimum coupling between modes. / Det finns fler trådlösa enheter uppkoppladeän n°agonsin tidigare och med ökningen av nya smarta systemsom självkörande bilar och smarta städer finns ett behov av nyaantennlösningar för överföring av information. En viktig del avdessa system är filtren som filtrerar bort alla oönskade signaler.I denna rapport presenterar vi en lösning för att konstrueraett sådant filter med ett passband från 26-29 GHz och ettstoppband från 29-60 GHz med en helt metallisk glidsymmetriskstruktur. Id´eer att kombinera flera enhetscellsdesigner för attuppnå bredare stoppband och högre attenuering undersöks medhjälp av dispersionsteknik, där fördelarna och nackdelarna medatt använda denna metod presenteras. Dessutom föreslås ochutformas sätt att kombinera filtret till standardanslutningar meden koaxialkabel till vågledarövergång. Användningen av fleraenhetscell designer visar sig vara en lösning för att skapa bredastoppband med minimal koppling mellan ”modes”. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2021, KTH, Stockholm

In this thesis, we analyze the electromagnetic wave propagation in waveguidestructuresexhibiting periodical geometry, including glide symmetry. The analysisis performed using a mode matching technique which correlates the different modecoefficients from separate but, connected regions in the structure. This technique isused to obtain the dispersion diagrams for two one-dimensional periodic structures:a glide-symmetric corrugated metasurface and a coaxial line loaded with periodicholes. The mode matching formulation is presented in Cartesian and cylindricalcoordinate system for the former and the later, respectively. The mode matchingresults are compared to simulated results obtained from the Eigenmode Solver inCST Microwave Studio and are found to agree very well. / I detta examensarbete, analyseras elektromagnetisk v°agutbredning i periodiskav°agledarstrukturer som uppvisar glid symmetri. Analysen genomf¨ordes genom enmod matchnings-teknik som korrelerar de olika mod-koefficienterna fr°an separeraderegioner i strukturen med varandra. Denna teknik anv¨ands f¨or att ta framdispersionsrelationen f¨or tv°a endimensionella periodiska strukturer: en glid symmetriskkorrugerad meta-yta och en koaxial ledare belagd med periodiskt urgr¨opdah°aligheter. Mod matchnings-formuleringen presenteras i Kartesiska och cylindriskakoordinatsystem respektive f¨or de ovan n¨amnda fallen. Mod matchnings-resultatenj¨amf¨ors med data-simulerade resultat erh°allna fr°an CST Microwave Studio och de¨overenst¨ammer v¨al med varandra.