[發明專利]基于Butler矩陣的平面軌道角動量天線

有效

• 申請號: 201811261328.3
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109586007B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 楊占彪;史小衛;李文濤;李平
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;張問芬

1.一種基于Butler矩陣的平面軌道角動量天線，包括：N條微帶線(1)，N個貼片天線(2)，上、下層介質基板(3,4)，金屬地板(5)，Butler饋電網絡(6)和N個金屬銅柱(7)，N≥4且N為偶數，其特征在于：

所述N條微帶線(1)與N個貼片天線(2)分別對應連接，均設置在上層介質基板(3)的上表面；

所述N個貼片天線(2)，采用圓形開槽貼片，按照中心對稱方式設置在上層介質基板(3)的上表面；

所述圓形開槽貼片的槽有兩個，包括大扇形槽和小扇形槽，其中大扇形槽在圓形貼片靠近邊緣處,該槽與每個圓形貼片天線的饋電端口有一個固定的夾角,且該槽外側較寬,靠近圓形貼片天線圓心處較窄；小扇型槽設置在圓心向徑向延伸的方向；小扇型槽與大扇形槽之間具有間隔；

所述Butler饋電網絡(6)，設置在下層介質基板(4)的下表面，其設有N個輸入端口和N個激勵端口，N個輸入端口通過外部的同軸電纜饋電，N個激勵端口通過N個金屬銅柱(7)與N條微帶線(1)對應連接；

距離Butler饋電網絡(6)的N個激勵端口遠的個開槽的圓形貼片天線與距離Butler饋電網絡的N個激勵端口近的個開槽的圓形貼片天線之間的空間相位相差180°，在N條微帶線中條長的微帶線上分別設置一個180°的移相器用來抵消相位差，另外條微帶線長度一致；N條微帶線的一端與N個開槽的圓形貼片天線分別對應連接，每條微帶線的另一端與Butler饋電網絡的激勵端口通過金屬銅柱(7)對應連接。

2.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：所述N條微帶線為金屬銅箔材料，一端與金屬銅柱(7)連接，另一端與多個圓形開槽貼片連接。

3.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：所述的每個圓形開槽貼片材質為金屬銅箔，該圓形開槽貼片的實際半徑a′計算公式如下：

其中a是計入邊緣效應的等效半徑，ε_r是上層介質基板的介電常數，h是上層介質基板的高度，c是光在真空中的速度，f₁₁是處于TM₁₁模式的圓形開槽貼片的工作頻率；

設a′的初始值為a的值，根據式1迭代計算出a′，再經電磁場仿真軟件優化，得最終的圓形開槽貼片的半徑a′。

4.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：所述的上層介質板(3)和下層介質板(4)均為聚四氟乙烯玻璃纖維增強材料。

5.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：所述的金屬地板(5)，設置在上層介質基板(3)與下層介質基板(4)的中間，且與上層介質基板(3)的大小相同。

6.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：所述的Butler饋電網絡(6)的N個激勵端口，產生等幅且相鄰端口間相位差為Δφ的電磁波，

Δφ＝2πl/N 3

式中，l為渦旋電磁波的模態。

7.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：上、下層介質基板(3,4)以及金屬地板(5)中對應于Butler饋電網絡(6)N個激勵端口的位置處設置有N個表面不敷銅的通孔，每個通孔直徑略大于金屬銅柱(7)。