[發明專利]新型OAM波束產生裝置

有效

• 申請號: 201810562115.8
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108767474B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 董健;譚順余;姜澤鋒;鄧聯文
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01Q1/48
• 分類號: H01Q1/48;H01Q9/04;H01Q21/06;H01Q21/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種新型OAM波束產生裝置，包括第一基板、第二基板、接地板、N個輻射貼片和饋電網絡，第一和第二基板為絕緣介質基板，接地板為導電介質接地板；第一基板背面、接地板和第二基板正面依次貼合；N個輻射貼片布置在第一基板正面，饋電網絡布置在第二基板背面；N個輻射貼片組成N陣元圓形天線陣列，且N個輻射貼片的中心位置在同一圓周上，圓周的半徑為諧振頻率對應波長的0.35～0.8倍；輻射貼片為線極化天線；饋電網絡輸入端為信號輸入端口，饋電網絡輸出端連接各輻射貼片。本發明減少了相移器的使用，降低了饋電網絡的復雜程度，簡化了饋電網絡的設計。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，具體涉及一種新型OAM波束產生裝置。

背景技術

近年來，軌道角動量(OAM)波束引起了人們的廣泛關注，因為它顯示了在同一頻率下同時傳輸多種信號的潛力，可用于提高頻譜效率，從而提高信道容量。OAM波束的利用最初集中在光學區域，最近被提出在較低頻率的無線電通信和雷達成像。

產生OAM波束的裝置通常有兩類：第一類是由平面波變換產生的OAM波束，如可變螺旋相位板等；第二類由相控均勻圓陣產生OAM波束，而相控均勻圓陣實質上就是N個天線單元排成圓形陣列，饋送相同幅度的信號，同時保證在天線單元之間存在連續的相位延遲其中整數l是OAM模式數。

但是，目前這些產生OAM波束的裝置，為了在陣元間產生連續的相位延遲，需要在饋電網絡中加入多個移相器，從而使得現有的裝置在裝置設計時相對復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單可靠、適用范圍廣的新型OAM波束產生裝置。

本發明提供的這種新型OAM波束產生裝置，包括第一基板、第二基板、接地板、N個輻射貼片和饋電網絡，第一基板和第二基板為絕緣介質基板，接地板為導電介質接地板；第一基板的背面、接地板和第二基板的正面依次貼合；N個輻射貼片布置在第一基板的正面，饋電網絡布置在第二基板的背面；N個輻射貼片組成N陣元的圓形天線陣列，且N個輻射貼片的中心位置在同一圓周上，所述圓周的半徑為諧振頻率所對應的波長的0.35～0.8倍；輻射貼片為線極化天線；饋電網絡的輸入端為信號輸入端口，饋電網絡的輸出端分別連接各個輻射貼片，N為自然數。

輻射貼片的饋電方式為同軸線中心饋電。

所述的饋電網絡為微帶線饋電網絡。

所述的微帶線饋電網絡上設置有若干處三角形切口，用于減小微帶線在拐角處不連續所引起的反射和輻射。

所述的線極化天線的饋電為同軸線中心饋電。

所述的線極化天線為矩形輻射貼片，矩形輻射貼片上開有U型槽，U型槽所在的矩形的對稱中心與矩形輻射貼片的對稱中心重合，且U型槽的有效長度L滿足如下公式：

式中L為U型槽的有效長度，λ_g為波導波長，c為真空中的光速，f₀為諧振頻率，ε_eff為介質基片的有效介電常數且ε_r為介質基片的相對介電常數。

通過將所述的第1～第N個輻射貼片各自旋轉角度X₁～X_N，并通過饋電網絡補充饋送對應的額外相位，即可產生模式數為l的OAM波束，所述l為正整數，且所述輻射貼片按順時針方向或者逆時針方向連續編號，N為輻射貼片的個數。

所述的旋轉角度和對應的額外相位，具體為采用如下步驟進行計算：

(1)采用如下公式計算第i個輻射貼片的旋轉角度(i＝1,2,3,...,N)：