[發明專利]一種圓極化軌道角動量天線

有效

• 申請號: 201810385633.7
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108736154B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 李文濤;孫順萊;崔燦;魏萌;史小衛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q21/20
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 陳宏社;王品華<國際申請>=<國際公布>

本發明提出了一種圓極化軌道角動量天線，用于提高天線的抗干擾能力，包括N個天線單元，N≥3，該天線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輻射地板，其中輻射貼片的形狀為任意對角上帶有切角的正方形，其與輻射地板通過同軸線連接；所述N個天線單元排列成空心柱狀結構，且各天線單元印制有輻射貼片的一側位于空心柱狀結構的外側，形成共形陣列，各天線單元的激勵信號幅度相等，相鄰天線單元具有連續的相位延遲其中l代表攜帶軌道角動量的模式數，滿足?N/2＜l＜N/2。本發明能夠產生多種模態的具有圓極化和軌道角動量雙重特性的渦旋電磁波，有效提高了天線的抗干擾能力。

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。在OAM復用技術的基礎上進一步研究電磁波的圓極化特性，可以有效提高系統抗干擾能力，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。

目前，結合軌道角動量在相關領域中的研究進展，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，軌道角動量螺旋拋物面天線造價高，制作困難，不適用于連續相位控制；陣列天線中一般偶極子天線陣列半徑高達幾米到幾十米，在進行陣列布置時祈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，而微帶天線陣列由于其平面結構，剖物面低，小尺寸，并且饋電方式簡單，方便控制輸入相位，在軌道角動量天線中應用有重要意義。

實現圓極化波的關鍵是產生兩個方向正交、幅度相等、相位相差90°的線極化波。微帶天線中存在何種模式完全取決于貼片的形狀和激勵模型，在對角線上單點饋電的正方形貼片、正方形對角切角貼片、四周切有縫隙的方向貼片，以及相互正交的兩個偶極子均可產生圓極化輻射波束，然而對如何將圓極化輻射貼片作為軌道角動量天線的輻射貼片，產生性能良好的圓極化渦旋電磁波缺乏相應研究。

傳統的軌道角動量天線，是由多個輻射貼片組成的圓環陣列，通過給每個輻射貼片輸入幅度相等的激勵信號，且相鄰輻射貼片具有連續的相位延遲從而產攜帶軌道角動量的渦旋電磁波。例如申請公布號為CN 107134659A，名稱為“基于多層介質板的高增益軌道角動量陣列”的專利申請，公開了一種基于多層介質板的高增益軌道角動量陣列，在介質材料板上方設置有由沿Z軸一維排布的P個輻射貼片，p為大于2的正整數，且各個輻射貼片之間的間距相等，天線陣元通過饋電金屬柱與金屬地板上的輸入端口相連。該發明通過控制輸入相位實現了多種模態的軌道角動量渦旋電磁波之間的切換，但是由于輻射貼片的結構簡單，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。