[發(fā)明專利]一種螺旋結(jié)構(gòu)的渦旋電磁波天線陣

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710884360.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107706518B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李秀萍;朱華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/38
• 分類號(hào): H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q21/00;H01Q21/06
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本發(fā)明公開(kāi)了一種螺旋形渦旋電磁波天線陣，包括：螺旋形結(jié)構(gòu)的天線陣、天線陣饋電網(wǎng)絡(luò)。其特征主要在于：螺旋形結(jié)構(gòu)的天線陣采用螺旋形結(jié)構(gòu)的介質(zhì)集成波導(dǎo)天線作為天線單元，以單元自身的相位差形成渦旋電磁波。天線饋電網(wǎng)絡(luò)模塊采用三個(gè)一分二功分對(duì)螺旋形結(jié)構(gòu)的天線陣進(jìn)行等幅同相饋電。本發(fā)明的螺旋形渦旋電磁波天線陣能形成模態(tài)為2的穩(wěn)定渦旋電磁波。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種螺旋結(jié)構(gòu)的渦旋電磁波天線陣，具體涉及一種提高頻率利用率的渦旋電磁波天線。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線通信的速率迅猛提升。為了進(jìn)一步提升無(wú)線通信的速率，如何更大程度的提升頻譜利用率是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在現(xiàn)有的極化復(fù)用、正交頻分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)日趨成熟時(shí)，利用電磁波軌道角動(dòng)量來(lái)提高頻譜利用率，成為電磁領(lǐng)域和通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

軌道角動(dòng)量的產(chǎn)生和發(fā)生方式主要有相控陣天線為主。攜帶軌道角動(dòng)量的波束可以通過(guò)N個(gè)陣元的相控圓形陣列來(lái)產(chǎn)生，各陣元輸入信號(hào)幅度相等且相鄰陣元之間的饋電相位差為±2πl(wèi)/N，其中l(wèi)為所需要的軌道角動(dòng)量的模態(tài)值。天線陣元根據(jù)軌道角動(dòng)量模態(tài)值的增加而倍數(shù)增加，相控陣的饋電網(wǎng)絡(luò)所需要的相位差也倍數(shù)增加。例如軌道角動(dòng)量模式為1的相控陣天線，需要4個(gè)天線單元，饋電網(wǎng)絡(luò)相位輸出相位差需要90°。而軌道角動(dòng)量模式為2的相控陣天線，需要8個(gè)天線單元，饋電網(wǎng)絡(luò)相位輸出相位差需要45°。目前產(chǎn)生軌道角動(dòng)量的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有基于羅曼透鏡的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、基于環(huán)形陣列的徑向功率分配器結(jié)構(gòu)、基于巴特勒矩陣的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。這使得渦旋電磁波天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大。為了更好的在微波頻段應(yīng)用軌道角動(dòng)量，需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低廉的天線來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道角動(dòng)量的復(fù)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服相控陣天線產(chǎn)生渦旋電磁天線需要多個(gè)單元和復(fù)雜饋電網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，提出了一種螺旋結(jié)構(gòu)的天線陣以產(chǎn)生渦旋電磁波。該渦旋電磁波天線陣通過(guò)螺旋結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元之間的相位差以形成渦旋電磁波。該渦旋電磁波天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，渦旋電磁波性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

本發(fā)明所述的一種螺旋形渦旋電磁波天線陣，包括螺旋形結(jié)構(gòu)的天線陣、天線陣饋電網(wǎng)絡(luò)。具體方案如下：

本設(shè)計(jì)也以軌道角動(dòng)量模態(tài)2為例，螺旋形結(jié)構(gòu)的天線陣元采用4個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的天線單元以中心對(duì)稱分布在介質(zhì)板上組成螺旋形天線陣，螺旋結(jié)構(gòu)天線單元以自身攜帶的相位差產(chǎn)生渦旋電磁波。螺旋結(jié)構(gòu)的天線單元以半模介質(zhì)集成波導(dǎo)天線為基礎(chǔ)。介質(zhì)板上層螺旋形結(jié)構(gòu)輻射貼片與金屬地板通過(guò)螺旋形排列的金屬過(guò)孔連接，形成螺旋形半模介質(zhì)集成波導(dǎo)天線，以提高螺旋形渦旋電磁波天線的增益。

天線陣饋電網(wǎng)絡(luò)采用三個(gè)一分二功分器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的天線單元等幅同相饋電。

本發(fā)明渦旋電磁波天線陣在5.95-6.05頻率范圍，天線回波損耗小于-10dB。該天線陣在20°波束角度的增益分別為6.1dBi。該渦旋電磁波天線陣能形成l＝2的渦旋電磁波模態(tài)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明的渦旋電磁波天線陣采用螺旋結(jié)構(gòu)使4個(gè)單元形成穩(wěn)定的相位差，形成l＝2模態(tài)的軌道角動(dòng)量，有效地減小了相控陣渦旋電磁波天線的單元數(shù)量。

(2)本發(fā)明采用螺旋形半模介質(zhì)集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為天線單元，以獲得高增益。

(3)本發(fā)明的渦旋電磁波只需要等幅同相的饋電網(wǎng)絡(luò)，有效減小相控陣渦旋電磁波天線饋電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中天線陣結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖2是本發(fā)明中天線陣列的側(cè)視圖。

圖3是本發(fā)明的仿真S參數(shù)圖。

圖4是本發(fā)明的仿真增益圖。

圖5是本發(fā)明的渦旋電磁波l＝2模態(tài)的電場(chǎng)分量圖。