Radiocommunicatie: Leaky Wave Antennes (1998 – 2009)

Leaky Wave Antennas

TNO ontwikkelde in 2003 samen met Satimo en Saab-Ericsson Space een nieuw type ‘lekkende golf’ (leaky wave) antenne. Dit in opdracht van ESA ESTEC. Het antenneontwerp gaat uit van het principe dat als een golf zich voortplant langs het grensvlak tussen twee verschillende diëlektrische media, dat doet met een faseconstante die ongeveer een middeling is van de faseconstanten van de afzonderlijk media. De faseconstante doet zich dus voor als een langzame golf voor het minder dichte medium en een snelle golf (‘lekkend’) voor het dichtere medium. Indien het ene medium de vrije ruimte is en het andere medium een dicht diëlektricum, dan treedt er straling op in het diëlektricum.
Met een juist ontwerp worden ongewenste reflecties in het medium onderdrukt. Hierdoor wordt de antenne gekenmerkt door een constante straalrichting over een zeer breed frequentiebereik.

Bij het innovatieve ontwerp is de antennestraling afkomstig van een sleuf die is gefreesd op het grensvlak tussen lucht en een dicht diëlektricum.
De antennevorm is een cilinder van elliptische doorsneden met afnemende afmetingen. De antenne is opgebouwd uit vier lagen verlijmd keramiek en een laag met een koperlaag met een specifieke diëlektrische constante (fabrikant Rogers). De hieronder getoonde dual-band antenne werkt rond de frequenties van 10.5 en 22.5 GHz. 

Het maken van de antenne was een technisch hoogstandje. Hieronder worden enkele stappen van het productieproces getoond:

UWB antenne
De uiteindelijke leaky lens antenne (zoals tentoongesteld in het museum)

Deze leaky lens antenne (LLA) is aanleiding geweest voor het doorontwikkelen van meer typen LLA’s voor speciale doelen, waaronder een Ultra Wide Band antenne werkend tussen 3.1 en 10.6 GHz. 

 

De leaky lens UWB antenne
De leaky lens UWB antenne (niet in museum aanwezig)

 

Antenne voor multi-beam Imaging systemen
Leaky lens antenne voor multi-beam imaging (niet in museum aanwezig)

 

Latere ontwikkelingen

Sinds 2010 vindt verdere ontwikkeling van dit type antennes plaats bij de Technische Universiteit van Delft.

 
Enige referenties

Neto, A., Maci, S., de Maagt, P.J.L. (1998). Reflections inside an elliptical dielectric lens antenna. IEEE Proc.-Microw. Antennas Propag., Vol. 145, No. 3, June 1998. DOI: dx.doi.org/10.1049/ip-map:19981884

S. Maci and A. Neto, “Green’s Function of an Infinite Slot Printed Between Two Homogeneous Dieletrics—Part II: Uniform Asymptotic Solution“, in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, no. 3, pp. 666-676, March 2004.

Neto, A., Bruni, S., Gerini, G., & Sabbadini, M. (2005). The leaky lens: a broad-band, fixed-beam leaky-wave antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 53(10), 3240-3246. DOI: 10.1109/TAP.2005.856351

S. Bruni, A. Neto and F. Marliani, “Phase Center Stable Ultra Wide-Band Antenna for EMC Field Sensing“, 2006 European Microwave Conference, Manchester, 2006, pp. 1625-1628. DOI: 10.1109/EUMC.2006.281412

S. Bruni, A. Neto and F. Marliani, “The Ultrawideband Leaky Lens Antenna in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 55, no. 10, pp. 2642-2653, Oct. 2007. https://ieeexplore.ieee.org/document/4339556

Bruni, S., Neto, A., Gerini, G., & Bekers, D. J. (2007). Leaky lens antenna for multi-beam imaging systems. In Proceedings of the European Radar Conference, 2007, Munich, 10-12 Oct. 2007 (pp. 111-113). Piscataway: Institute of Electrical and Electronics Engineers. DOI: doi.org/10.1109/EURAD.2007.4404949