[發明專利]一種小型化多波束渦旋波束產生裝置

有效

• 申請號: 202010890422.6
• 申請日: 2020-08-29
• 公開（公告）號: CN112072295B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 李龍;薛皓;林屹峰;徐鵬;馮強
• 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;H01Q21/00;H01Q21/06;H01Q21/29
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.一種小型化多波束渦旋波束產生裝置，其特征在于，包括：地板、介質基板和K個微帶天線單元，每個微帶天線單元包含橢圓環形微帶天線貼片和M個饋電端口，每個饋電端口由同軸饋線和輸入端口組成；

所述介質基板的下表面貼設于地板表面，所述介質基板的上表面印制K個橢圓環形微帶天線貼片，且K個橢圓環形微帶天線貼片的位置中心位于一個半長軸為Ra的外橢圓上，默認不對其進行旋轉操作；設第k個橢圓環形微帶天線貼片的位置中心的坐標為(Xk,Yk)，則其由以下公式確定：

其中，Rratio為外橢圓的軸比，其值與橢圓環形微帶天線貼片對應的橢圓的軸比ratio相同，為第k個橢圓環形微帶天線貼片的位置中心在平面坐標系中的方位角；

每個微帶天線單元中的M個輸入端口分別蝕刻在所述地板上，每個微帶天線單元中的M個同軸饋線垂直嵌入所述介質基板中；每個同軸饋線的頂端與對應的橢圓環形微帶天線貼片連接，每個同軸饋線的末端與對應的輸入端口連接；每個輸入端口用于給與其連接的同軸饋線提供激勵，并通過同軸饋線將能量傳輸至對應的橢圓環形微帶天線貼片，以產生I個不同方向的渦旋波束；

其中，每個微帶天線單元的工作模式為TM_n1，I個渦旋波束模態值的絕對值的最大值為L，K、M、I、L分別為正整數，且K≤2L，1≤M≤n/2，n≥2，I≥2，n表示第一類貝塞爾函數的階數。

2.根據權利要求1所述的小型化多波束渦旋波束產生裝置，其特征在于，每個橢圓環形微帶天線貼片的外環長軸長度Lao和內環長軸長度Lai應滿足以下關系式：

其中，X_(n-1)1為第n-1階的貝塞爾函數的第1個解，X_(n+1)1為第n+1階的貝塞爾函數的第1個解，C為光速，f為天線的工作頻率，ε_r為介質基板的相對介電常數。

3.根據權利要求1所述的小型化多波束渦旋波束產生裝置，其特征在于，定義每個橢圓環形微帶天線貼片的短軸長度與長軸長度的比值為軸比ratio，則該軸比與所產生渦旋波的波束俯仰角θ的關系為：

ratio＝cos(θ)。

4.根據權利要求1所述的小型化多波束渦旋波束產生裝置，其特征在于，以第k個橢圓環形微帶天線貼片的位置中心為原點，該貼片的水平向右方向為X軸正方向，豎直向上方向為Y軸正方向，建立該貼片對應的直角坐標系；定義第k個橢圓環形微帶天線貼片的第m個饋電端口的位置在該貼片對應的直角坐標系中的矢徑大小為Lf_km，則Lf_km應滿足以下關系：Lai/2＜Lf_km＜Lao×ratio/2；

定義第k個橢圓環形微帶天線貼片的第m個饋電端口的位置在該貼片對應的直角坐標系中的方位角為則的取值范圍為：

其中，每個饋電端口所需激勵的幅度相同；k為正整數，表示橢圓環形微帶天線貼片的編號，且1≤k≤K。

5.根據權利要求1所述的小型化多波束渦旋波束產生裝置，其特征在于，第k個橢圓環形微帶天線貼片所需的激勵信號的相位為：

其中，Xk為第k個橢圓環形微帶天線貼片的位置中心的橫坐標，Rratio為外橢圓的軸比，其值與橢圓環形微帶天線貼片對應的橢圓的軸比ratio相同，λ為橢圓環形微帶天線貼片中心工作頻率的波長，θ為設計的渦旋波束所指方向在球坐標系中的俯仰角，l_i為設計的第i個渦旋波束的模態值，且|l_i|≤L-1，i為設計的渦旋波束的編號，1≤i≤I；Φ_i為第i個渦旋波束對應的坐標變換的中間變量，其計算公式為：

Φ_i＝arg{[(-Xk×sin(φ_i)×cos(θ))+(Yk×cos(φ_i)×cos(θ))]+j[Xk×cos(φ_i)+Yk×sin(θ)]}

其中，Yk為第k個橢圓環形微帶天線貼片的位置中心的縱坐標，φ_i為設計的第i個渦旋波束所指方向在球坐標系中的方位角。