Design Guidelines for Gap Waveguide Technology Based on Glide-Symmetric Holey Structures

The behavior of a glide-symmetric holey periodic structure as electromagnetic bandgap is studied in this letter. A number of numerical simulations have been carried out in order to define the importance of each constituent parameter of the unit cell. Our proposed structure finds potential application in antennas and circuits based on gap waveguide technology for the millimeter band. The experimental verifications confirm the effects previously analyzed with the numerical studies.This work was supported in part by the Spanish Government under Project TEC2013-44019-R and Project TEC2016-79700-C2-2-R and in part by the Madrid Regional Government under Project S2013/ICE-3000

Cost-Effective Gap Waveguide Technology Based on Glide-Symmetric Holey EBG Structures

We present a novel electromagnetic bandgap (EBG) structure, which can be used to manufacture low-cost waveguiding structures at high frequencies. The unit cell of the proposed EBG consists of glide-symmetric holes in parallel plate waveguide. Using this unit cell in groove gap waveguide technology has a number of advantages over pin-type EBG at high frequencies, such as acquiring higher accuracy because of larger periodicity as well as an easier and cheaper manufacturing process. The performance of the proposed waveguiding structure is demonstrated using both a straight and a double 90 degrees bent lines through simulation and measurement.This work was supported in part by the Swedish STINT Postdoctoral Transition Grants Programme under Grant PT2014-5813, in part by the Spanish Government under Project TEC2013-44019-R and Project TEC2016-79700-C2-2-R, and in part by the Madrid Regional Government under Project S2013/ICE-3000

High Frequency Microwave and Antenna Devices based on Transformation Optics and Glide-Symmetric Metasurfaces

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.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.QC20191119</p

High Frequency Microwave and Antenna Devices based on Transformation Optics and Glide-Symmetric Metasurfaces

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.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.QC20191119</p