[發明專利]一種圓極化軌道角動量反射陣天線

有效

• 申請號: 201810384904.7
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108539417B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 李文濤;孫順萊;葉秀眺;張昱東;史小衛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/52
• 分類號: H01Q1/52;H01Q3/30;H01Q9/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發明提出了一種圓極化軌道角動量反射陣天線，用于提高天線的抗干擾能力，包括饋源天線單元和反射體，其中饋源天線單元采用圓極化天線，其輻射方向朝向反射體上各介質材料板印制輻射貼片的一側，且與反射體相對固定；反射體包括N×N個周期性等距排列的輻射單元，N≥2，輻射單元包括介質材料板，以及印制在介質材料板一個側面的輻射貼片和另一個側面的金屬地板，且各輻射單元的相位通過軌道角動量反射陣天線相位補償公式確定，各相位的補償通過旋轉單元法實現，其中輻射貼片包括兩個同心的圓環貼片，每個圓環貼片通過圓心的一條軸線上各設置有一對矩形縫隙，通過調節外圓環貼片的半徑，實現對天線相移曲線的控制。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，尤其涉及一種圓極化軌道角動量反射陣天線，可用于無線通信技術領域。

背景技術

根據經典電動力學理論，電磁輻射不僅能夠攜帶能量還可攜帶角動量，描述極化狀態的自旋角動量SAM與描述螺旋相位結構的軌道角動量OAM，共同組成了角動量，攜帶軌道角動量的電磁波稱為渦旋電磁波。OAM復用是一種頻率公用方式的共享頻譜資源技術，在相同載頻上，調制不同的軌道角動量和傳輸信息，大大提高頻譜利用效率，可以解決無線通信領域頻譜資源短缺的問題。

由于天線應用的環境變復雜，傳統的線極化天線有時無法滿足通訊的要求，與之相比，圓極化天線可以接收任意極化方向的線極化波，同時它發射的信號也可以由任意極化方向的線極化天線接收，并且具有旋向正交性，尤其是在航天飛行器、無線通信和雷達的極化分集、全球定位等無線電領域中得到廣泛應用領域，在渦旋電磁波復用技術在的基礎上進一步研究其圓極化特性，有效提高系統容量能更好的解決由于不同發射和接收天線角度不同帶來的能量損耗，最大限度的增加頻譜資源利用率，提高天線的抗干擾能力。

目前，結合軌道角動量在相關領域中研究進展，軌道角動量渦旋電磁波的產生與發射方式主要有兩種，分別是螺旋拋物面天線和陣列天線，前者通過調整拋物面開口兩端的間距產生任意模式的軌道角動量無線電波束；后者通過控制陣元輻射場的相位差產生想要的軌道角動量渦旋電磁波。然而，OAM螺旋拋物面天線也有明顯的缺陷，其造價高，制作困難，并且實驗中所采用的螺旋拋物面天線結構是一種單一的結構，不適用于連續相位控制；而且偶極子陣列天線半徑高達幾米到幾十米，在進行陣列布置時要極小的誤差才能產生預期的模態值，適用場所條件要求較為苛刻，在實際通信系統中應用價值并不高。對于微帶反射陣天線而言，考慮到渦旋電磁波具有呈螺旋形式連續變化的相位波前，軌道角動量天線存在連續的相位變化，而反射陣列可以進行任意配相，其產生的電磁波可以有任意的相位波前，從而也可以很方便的生成渦旋電磁波，因此通過重新設計反射陣列相位分布，渦旋電磁波便可以高效地由反射陣天線生成。

傳統軌道角動量反射陣天線，通過設計反射陣天線中反射單元的相位，使其滿足軌道角動量反射陣天線的相位補償公式，產生具有螺旋形式連續變化的相位波前的渦旋電磁波。例如申請公布號為CN 105680162 A，名稱為“軌道角動量多波束產生方法”的專利申請，公開了一種軌道角動量反射陣天線，通過設定饋源天線單元的坐標(0，0，0.4)米，即x軸的0處，y軸0處，z軸的0.4米處，反射單元的總數N＝20，相鄰兩個反射陣單元中心間距為20毫米，波束輻射方向然后根據幾何位置、工作頻率及所需的軌道角動量模態，利用軌道角動量渦旋電磁波反射陣的相位補償公式計算每個反射單元所需補償相位矩陣，采用簡單的矩形輻射貼片，然后通過改變各反射陣單元的尺寸來補償所需相位，產生在設定方向上具有渦旋波陣面的多個軌道角動量渦旋電磁波波束。該發明通過控制反射陣單元的相位補償，產生多模態的軌道角動量渦旋電磁波，但是由于輻射貼片結構簡單，且采用變尺寸的方式補償相位，僅能實現線極化的軌道角動量渦旋電磁波，抗干擾能力低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種圓極化軌道角動量天線，用于產生具有圓極化和軌道角動量雙重特性的渦旋電磁波，提高天線的抗干擾能力。