[發(fā)明專利]用于產(chǎn)生渦旋電磁波的陣列天線

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710299617.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-02
• 公開（公告）號(hào): CN107039782A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱誠(chéng);徐鵬;黃琪;賈晉曉;郭翀;梁昌洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q21/24
• 分類號(hào): H01Q21/24;H01Q21/00;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可以產(chǎn)生微波頻段渦旋電磁場(chǎng)的陣列天線，可以應(yīng)用于無線通信。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，有限的頻譜資源越來越不能夠滿足人們的需求，如何提高頻譜資源利用率成為當(dāng)今通信領(lǐng)域所關(guān)注的焦點(diǎn)。目前無線通信方面的技術(shù)手段主要是以頻分復(fù)用為主，即把傳輸信道按照頻率不同劃分成若干個(gè)子信道，各個(gè)子信道之間互不影響地進(jìn)行信號(hào)傳輸。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作，每一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延，因而取得了非常廣泛的應(yīng)用，但是由于目前頻帶是有限的，也就是說，可以劃分的子信道數(shù)量是一定的，限制了通信容量和通信速度，這就要求我們尋求頻分復(fù)用技術(shù)之外的更加有效的增加頻譜利用率的方法。

渦旋電磁波是有別于普通平面波的一類電磁波，平面波只有自旋角動(dòng)量，而渦旋波不僅具有自旋角動(dòng)量，還有軌道角動(dòng)量，它的等相位面由于波束攜帶軌道角動(dòng)量而呈螺旋狀分布，與平面波的等相位平面是不同的。渦旋電磁波可以有不同的模態(tài)數(shù)l。不同的l代表渦旋程度不同，理論上來講l有無限多個(gè)取值，并且不同模態(tài)之間是相互正交的。這一特性為提高頻譜利用率和信道容量提供了一個(gè)理想的發(fā)展方向。

2007年，Thide等人首先提出用矢量陣列天線陣列可以產(chǎn)生OAM，在2010年，Mohammadi等人用實(shí)驗(yàn)仿真證明了此假設(shè)。接著在2014年，Willner等人利用螺旋相位板SPP在毫米波波段實(shí)現(xiàn)了8信道同時(shí)傳輸?shù)耐ㄐ拧５牵@種方法使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常復(fù)雜，尺寸大，成本較高，不利于渦旋電磁波的廣泛應(yīng)用。因此，如何設(shè)計(jì)小尺寸高性能的陣列天線用來生成渦旋電磁波便成為一個(gè)急需研究的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種用于產(chǎn)生渦旋電磁波的陣列天線，以解決現(xiàn)有技術(shù)使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，尺寸大，成本高昂的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明用于產(chǎn)生渦旋電磁波的陣列天線，包括8個(gè)陣列單元T、饋電網(wǎng)絡(luò)K、介質(zhì)基板J、同軸探針Z和金屬地板G，8個(gè)陣列單元T和饋電網(wǎng)絡(luò)K均印制在介質(zhì)基板J的上表面，金屬地板G印制在介質(zhì)基板J的下表面，其特征在于：

所述的8個(gè)陣列單元T結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)陣列單元均采用底端開槽的矩形貼片，且各陣列單元等間隔的繞同軸探針Z所在位置組成圓形陣列；

所述的饋電網(wǎng)絡(luò)K，設(shè)有1個(gè)輸入端口和8個(gè)輸出端口，且成橫向H型分布，該輸入端與同軸探針Z連接，以實(shí)現(xiàn)同軸探針Z對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)K的饋電；該8個(gè)輸出端口依次與8個(gè)陣列單元T對(duì)應(yīng)連接，以實(shí)現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)K對(duì)陣列單元T的饋電。

作為優(yōu)選，所述各陣列單元T的中心距同軸探針Z的距離為陣列天線工作波長(zhǎng)λ。

作為優(yōu)選，所述饋電網(wǎng)絡(luò)K包括兩個(gè)第一λ/4阻抗匹配器2、四個(gè)第二λ/4阻抗匹配器4、兩個(gè)第一過渡枝節(jié)1、四個(gè)第二過渡枝節(jié)3和八個(gè)差相饋電枝節(jié)5，6，7，8，9，10，11，12，每?jī)蓚€(gè)過渡枝節(jié)3的一端連接組成兩對(duì)過渡枝節(jié)，每?jī)蓚€(gè)差相饋電枝節(jié)的一端連接，組成四對(duì)差相饋電枝節(jié)，即第一差相饋電枝節(jié)5與第二差相饋電枝節(jié)6的一端連接組成第一對(duì)差相饋電枝節(jié)，第三差相饋電枝節(jié)7與第四差相饋電枝節(jié)8的一端連接組成第二對(duì)差相饋電枝節(jié)，第五差相饋電枝節(jié)9與第六差相饋電枝節(jié)10的一端連接組成第三對(duì)差相饋電枝節(jié)，第七差相饋電枝節(jié)11與第八差相饋電枝節(jié)12的一端連接組成第四對(duì)差相饋電枝節(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明的天線單元由于采用最常見的微帶貼片，因而成本低，尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

2.本發(fā)明由于利用饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)天線單元饋電的相位差產(chǎn)生渦旋波，無需用太多附加結(jié)構(gòu)，故實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，方便加工生產(chǎn)。

3.本發(fā)明的整個(gè)裝置位于介質(zhì)板的一側(cè)，天線圓陣列的半徑為一個(gè)波長(zhǎng)，饋電網(wǎng)絡(luò)的位置選取有效地利用了天線陣列圓周內(nèi)的空閑地方，整個(gè)陣列更加小型化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的中心頻率為6GHz的回波損耗曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例在6GHz時(shí)的方向的二維輻射圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例在6GHz時(shí)的方向的二維輻射圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例在6GHz時(shí)產(chǎn)生的渦旋電場(chǎng)分布圖。

具體實(shí)施方法

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明: