[發明專利]一種雙頻帶渦旋電磁波陣列天線

有效

• 申請號: 201711057405.9
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107887703B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 張文梅;竇海鵬;陳新偉;韓麗萍;楊榮草;劉宇峰
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01Q5/50
• 分類號: H01Q5/50;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康;朱世婷

本發明屬于天線技術領域，具體是一種雙頻帶渦旋電磁波陣列天線。本發明主要解決現有的陣列天線無法在雙頻帶上輻射渦旋電磁波的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種雙頻帶渦旋電磁波陣列天線，其中：所述雙頻帶渦旋電磁波陣列天線包括：介質基板、上層天線陣列和下層天線陣列，所述上層天線陣列和下層天線陣列的結構相同，所述上層天線陣列和下層天線陣列分別貼裝于所述介質基板的上表面和下表面且上層天線陣列的中心線與下層天線陣列的中心線的夾角α為42°。本發明設計合理、結構緊湊，有效解決了現有的陣列天線無法在雙頻帶上輻射渦旋電磁波的技術問題，適用于無線通信。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種雙頻帶渦旋電磁波陣列天線。

背景技術

電磁波的角動量包含自旋角動量和軌道角動量。攜帶軌道角動量的電磁波與普通平面波不同，它的波束中心強度為零，相位波前呈現螺旋狀的特性，也被稱為渦旋電磁波。渦旋電磁波以模態數m來表示其相位波前的旋轉程度，理論上渦旋電磁波的模態數m有無限多個，且不同模態之間具有正交性，利用渦旋電磁波的這一特性，可以極大地提高通信系統的頻譜利用率和通信容量。

軌道角動量已經在光學領域得到了廣泛應用，近年來，人們正致力于將軌道角動量應用于無線電頻段，眾多學者提出了多種產生渦旋電磁波的方法。2007年，Thide教授等利用矢量天線陣首次在無線電波段獲得了攜帶軌道角動量的渦旋電磁波；2010年，Mohammadi等系統研究了利用相控陣列天線產生攜帶軌道角動量的電磁波束的方法；2014年，Q.Bai等利用微帶線饋電網絡和八個矩形貼片組成的陣列天線在10GHz處實現了渦旋電磁波束。盡管如此，渦旋電磁波天線仍存在著結構復雜、設備體積大、僅能實現單頻帶工作的缺點。

發明內容

本發明為了解決現有的陣列天線無法在雙頻帶上輻射渦旋電磁波的技術問題，提供一種雙頻帶渦旋電磁波陣列天線。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種雙頻帶渦旋電磁波陣列天線，其中：所述雙頻帶渦旋電磁波陣列天線包括：介質基板、上層天線陣列和下層天線陣列，所述上層天線陣列和下層天線陣列的結構相同，所述上層天線陣列和下層天線陣列分別貼裝于所述介質基板的上表面和下表面且上層天線陣列的中心線與下層天線陣列的中心線的夾角α為42°；所述上層天線陣列的中央和所述下層天線陣列的中央之間設置有同軸饋電探針；

所述上層天線陣列包括八個上層矩形陣列單元和上層饋電網絡，所述八個上層矩形陣列單元均勻分布在上層天線陣列的圓周方向，所述八個上層矩形陣列單元包括：上層矩形陣列單元a、上層矩形陣列單元b、上層矩形陣列單元c、上層矩形陣列單元d、上層矩形陣列單元e、上層矩形陣列單元f、上層矩形陣列單元g和上層矩形陣列單元h；

所述上層饋電網絡由第一λ/4阻抗匹配器、上饋電網絡和下饋電網絡構成，所述第一λ/4阻抗匹配器設在上層饋電網絡的中部，所述下饋電網絡和上饋電網絡設在第一λ/4阻抗匹配器的兩邊并對稱設置；

所述上饋電網絡由第一過渡枝節、第二λ/4阻抗匹配器、第一差相饋電枝節、第二差相饋電枝節、第一U型延遲微帶線、第三λ/4阻抗匹配器、第三差相饋電枝節和第四差相饋電枝節組成；所述第一λ/4阻抗匹配器上邊一側通過第一過渡枝節與第二λ/4阻抗匹配器的一端連接，所述第二λ/4阻抗匹配器的另一端通過第一差相饋電枝節和第二差相饋電枝節分別與上層矩形陣列單元a和上層矩形陣列單元b連接；所述第一λ/4阻抗匹配器上邊另一側通過第一U型延遲微帶線與第三λ/4阻抗匹配器的一端連接，所述第三λ/4阻抗匹配器的另一端通過第三差相饋電枝節和第四差相饋電枝節分別與上層矩形陣列單元c和上層矩形陣列單元d連接；