[發(fā)明專利]一種寬帶可重構的OAM天線

在審

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• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107104279A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 毛福春;黃銘;黎鵬
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明專利屬于無線通信技術領域，具體涉及一種寬帶可重構的OAM天線。

背景技術

隨著移動業(yè)務的快速發(fā)展，無線頻譜資源的有限性與其所承載的海量數據業(yè)務之間的矛盾日益突出，為解決此矛盾，必須進一步提高無線頻譜的使用效率。就這方面而言，復用是通信業(yè)務一直以來得以發(fā)展和壯大的公開法寶。復用技術通過在有限的頻譜上提供更多的傳輸信道，能夠顯著提升頻譜的效率，最終實現通信系統(tǒng)容量的極大提升，從而允許系統(tǒng)提供更多的數據業(yè)務。

目前已被商業(yè)系統(tǒng)利用的復用資源包括時間、空間、碼型、極化、頻率、波長等維度的參數，對應的復用技術包括：時分復用(TDM：time division multiplexing)、空分復用(SDM：space division multiplexing)、碼分復用(CDM：code division multiplexing)、極化復用(PDM：polarization division multiplexing)、頻分復用(FDM：frequency division multiplexing)、波分復用(WDM：wavelength division multiplexing)等。

最近，人們研究軌道角動量(OAM: orbital angular momentum，是描述電磁波橫向旋轉特性的參數)，發(fā)現不同的OAM模式之間相互正交，滿足信道復用的要求，有望應用于未來的通信系統(tǒng)中。據報道，采用OAM復用技術的通信系統(tǒng)已經具備320 Tbit/s以上的數據傳輸能力，頻譜利用率可達230 bit^-1·s^-1·Hz^-1，遠高于當前推廣的LTE技術(頻譜利用率在16 bit^-1·s^-1·Hz^-1左右)。

發(fā)展OAM復用技術面臨的首要問題之一是如何高效地生成OAM螺旋波束。目前，微波段OAM波束的生成方式主要有以下幾種：1.圓環(huán)形相控天線陣：通過調整陣元的電流相位構造螺旋相位因子exp(jlφ)，圓環(huán)形天線陣能夠生成所有-N/2<l<N/2的OAM波束，這里φ、l和N分別表示方位角、OAM模式數和陣元數量。該方法模式重構能力強，但需要設計復雜的饋電網絡，實現難度較大。2.修正拋物面天線：在標準的旋轉拋物面上引入一個徑向切口，并按阿基米德螺旋規(guī)律在拋物面軸向方向上延伸一段距離，使饋源輻射的圓極化無線電波在經過拋物面反射后在其波前中形成螺旋結構。該方法實現簡單，但不具備模式重構能力。3.圓環(huán)形天線：這種天線的輻射圓環(huán)周長等于等效波長的整數倍，使用雙端口饋電使環(huán)上電流處于行波狀態(tài)，從而生成OAM波束。該方法實現簡單，具備一定的模式重構能力，但工作帶寬極窄。4.圓極化貼片天線：根據腔膜理論，諧振于TM_mn模式的貼片在行波狀態(tài)下可以輻射OAM波束。該方法設計簡單，具備2個模式的重構能力，但工作帶寬窄，結構魯棒性差。

綜上，OAM發(fā)生裝置的研究與設計具有重要的現實意義，但目前報道的微波段OAM天線存在實現難度大、工作帶寬窄、模式重構能力差、結構魯棒性差等諸多問題，因此需要繼續(xù)探索可選的OAM天線設計技術與方法。與上述方法不同，本發(fā)明在適當設計多臂螺旋天線的基礎上，實現具有寬帶工作能力的OAM天線。天線結構簡單，易于實施，對無線通信尤其是未來的超高速射頻通信具有重要的意義。

發(fā)明內容