New half-mode groove gap waveguide for cost-effective antenna arrays in millimeter-wave applications

Abstract

[ES] El interés actual por la banda de ondas milimétricas ha dado lugar a nuevos retos en el diseño de componentes. Las soluciones tecnológicas más utilizadas son las guías de onda huecas y las líneas de transmisión planas. Sin embargo, en las primeras es difícil asegurar el correcto contacto metálico entre las piezas. En cuanto a las segundas, presentan elevadas pérdidas. De ahí que haya que explorar nuevas tecnologías. La aparición de la tecnología Gap Waveguide (GW) supuso una revolución total, ya que no es necesario ningún contacto metálico para un correcto apantallamiento. Durante la última década, se han producido rápidamente importantes avances. El último es una novedosa estructura denominada Half-Groove Gap Waveguide (HM-GGW). Su principal diferencia con respecto a otras estructuras Gap Waveguide es que la superficie conductora magnética artificial (AMC) y el groove están en piezas diferentes. Además de simplificar su proceso de fabricació, se da el mismo comportamiento que en una guía de onda completa convencional pero ocupando sólo media guía de onda. Esta tesis aborda la investigació en detalle de las principales características de a estructura HM-GGW, como el modo de propagación, las pérdidas y los acoplamientos que se producen entre las grooves cercanas. En los tres casos se ha realizado un estudio comparativo con otras tecnologías convencionales y estructuras GW. La estructura de guiado suele condicionar la elección de la superficie AMC. Sin embargo, la separación de HM-GGW permite elegir de forma independiente. Por ello, en esta tesis se ha elegido la cama de clavos y el tipo seta de banda electromagnética prohibida (EBG). El propósito es comparar el rendimiento global de ambos. Al ser elementos fundamentales de la estructura, se ha realizado un estudio de los parámetros geométricos que los definen y se ha analizado cómo afecta cada uno de ellos. Toda nueva estructura necesita poder conectarse a otras estructuras. Por ello, se han desarrollado las primeras transiciones desde diferentes medios de transmisión a HM-GGW. Se han propuesto alternativas para las estructuras que usen la cama de clavos y el tipo seta de EBG. Además, se ha diseñado un par de agrupaciones de antenas HM-GGW de 2x2 de una sola capa en banda Ka como prueba de concepto de la viabilidad de la nueva estructura-

[EN] The current interest in the mm-wave band has led to new challenges in component design. The most commonly used technological solutions are hollow waveguides and planar transmission lines. However, in the former, ensuring the correct metallic contact between parts is difficult. As for the latter, they have high losses. Hence, new technologies must be explored. The appearance of the Gap Waveguide (GW) technology was a total revolution since no metallic contact is required for correct shielding. During the last decade, significant advances have been made rapidly. The latest is a novel structure called Half-Groove Gap Waveguide. Its main difference from other GW structures is that the AMC surface and the groove are on different parts. In addition to simplifying their manufacturing process, the same behavior is given as in a conventional full waveguide but occupying only half waveguide. This thesis addresses the thorough investigation of the main characteristics of the HM-GGW structure, such as propagation mode, losses, and couplings occurring between nearby grooves. All three cases have performed a comparative study with other conventional technologies and GW structures. The guiding structure usually conditions the choice of the Artificial Magnetic Conductor (AMC) surface. However, the separation of HM-GGW allows one to choose independently. Hence, the bed of nails and the mushroom-type Electromagnetic Bandgap (EBG) have been chosen in this thesis. The purpose is to compare the overall performance of both. Since they are fundamental elements of the structure, a study of the geometrical parameters that define them has been carried out, and it has been analyzed how each one is affected. Any new structure needs to be able to connect to other structures. Therefore, the first transitions from different transmission media to HM-GGW have been de veloped. Alternatives have been proposed for structures using the bed of nails and mushroom-type EBG. In addition, a pair of 2x2 single-layer Ka-band HM-GGW array antennas have been designed as a proof of concept of the feasibility of the new structure.