Design of a leaky-wave antenna based on Goubau line for imaging applications

En ingeniería de antenas, uno de los aspectos más apreciados es la capacidad de apuntar el haz principal electrónicamente. Una de las técnicas más ampliamente usadas para conseguirlo es el escaneo mediante agrupaciones de antenas, aunque requiere el uso de redes de alimentación complejas que sufren considerables pérdidas a altas frecuencias. Por esta razón se está llevando a cabo investigación en el campo del escaneo frecuencial, basado en la radiación de LWA. Su desempeño a altas frecuencias, la alimentación simple y el rastreo rápido las convierten en una opción idónea para aplicaciones como radar de bajo coste, sistemas de comunicaciones 5G, sistemas de vigilancia y seguimiento y sistemas de imagen. El propósito principal del proyecto es diseñar un prototipo de LWA 1D periódica que sirva como base para fabricar un modelo más avanzado con uso potencial para un sistema de imagen radar. La antena está formada por corrugaciones de línia Goubau y parches rectangulares. Se han comparado dos diseños para la linia de transmisión, con corrugaciones con simetría longitudinal y simetría de deslizamiento, tomando especial atención a sus diagramas de dispersión. También se ha llevado a cabo un estudio paramétrico de las dimensiones de la estructura. La disposición de los parches se ha realizado en dos tiras, desplazadas una respecto de la otra, con el fin de estudiar el efecto de este desplazamiento sobre el diagrama de radiación. El escaneo por frecuencia de la antena se ilustra más adelante. Finalmente, la longitud de los parches ha sido modificada por tal de lograr una reducción del nivel de los lóbulos secundarios. En este trabajo se presentan dos prototipos. El primero opera a una frecuencia central de 9,6 GHz, con una eficiencia del 80%. Es capaz de escanear desde -50 a 50 grados en un margen frecuencial que varía desde 8,5 hasta 10,2 GHz. El segundo prototipo se cararcteriza por una reducción de los lóbulos secundarios, un haz principal más estrecho y cobertura uniform
En enginyeria d'antenes, un dels aspectes més apreciats és la capacitat d'apuntar el feix principal electrònicament. L'escaneig fent ús d'agrupacions d'antenes és una de les tècniques més àmpliament utilitzades per aquest fi, tot i que requereix l'ús de xarxes d'alimentació complexes que pateixen moltes pèrdues a altes freqüències. És per això que s'està duent a terme recerca en antenes d'escaneig per freqüència, que es basen en la radiació de LWA. El seu rendiment a altes freqüències, la simplicitat de la xarxa d'alimentació i el rastreig ràpid les converteix en una opció perfecta per aplicacions com radars de baix cost, sistemes de comunicacions 5G, sistemes de vigilància i seguiment i sistemes d'imatge. El principal propòsit del projecte és dissenyar un prototip de LWA 1D periòdica que serveixi com a base per fabricar un producte més avançat amb ús potencial per un sistema d'imatge radar. L'antena està formada per corrugacions de línia Goubau i elements radiants rectangulars. S'han comparat dos dissenys de la línia de transmissió amb corrugacions amb simetria longitudinal i simetria lliscant, prenent especial atenció als seus diagrames de dispersió. També s'ha dut a terme un estudi paramètric de les dimensions de l'estructura. La disposició dels elements radiants s'ha realitzat en dues tires, desplaçades una respecte l'altra, per estudiar l'efecte d'aquest desplaçament al diagrama de radiació. L'escaneig per freqüència de l'antena s'il·lustra més endavant. Finalment, la llargada dels elements radiants ha estat modificada per tal d'aconseguir reduir el nivell dels lòbuls secundaris. En aquest treball es presenten principalment dos prototips. El primer d'ells opera a una freqüència central de 9,6 GHz, amb una eficiència del 80%. És capaç d'escanejar, aproximadament, des de -50 a 50 graus en un rang freqüencial d'entre 8,5 fins a 10,2 GHz. El segon prototip es caracteritza per una reducció dels lòbuls secundaris un feix principal més estret i cobertura uniforme. Ope
In antenna engineering, one of the most valuable assets is the capability of steering the main beam direction electronically. Phased-array scanning is a well known technique to do so, although it requires a complex feeding network which becomes very lossy at high frequencies. This is why research is being carried out in the field of frequency scanning, which is based on radiation of leaky-wave antennas. Their performance at high frequencies, simple feeding and fast tracking features makes them the perfect choice for applications such as low cost radar, 5G communication systems, surveillance and imaging systems. The project main purpose is to design a prototype of a one dimensional periodic leaky-wave antenna (LWA) which will serve as a basis to future manufacturing of a more advanced product with potential use for an imaging radar system. The antenna consists of Goubau line corrugations with rectangular radiation patches. Longitudinal symmetric (LS) and glide symmetric (GS) corrugations of the transmission line have been compared, paying special attention to their dispersion diagrams. A parametric study of the dimensions of the structure has been conducted as well. Two lines of radiation patches have been added with different offsetings between each other, in order to study the effect of the separation between them to the radiation pattern. The frequency beam scanning characteristic of the antenna is also depicted. Finally, the length of the patches is tailored so as to obtain side lobe level (SLL) reduction. Two main prototypes are presented. The first one operates at a center frequency of 9.6 GHz, with an efficiency of 80 %. It scans over an approximate angle width from -50 to 50° in a frequency range from 8.5 to 10.2 GHz. The second one features SLL reduction, a narrow main beam and even coverage. It operates at a center frequency of 9.6 GHz with an efficiency over 78 % scanning from -35 to 20°. Both designs have been modeled using CST Microwave Studio and Matlab