[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

本發明公開了一種小型化多波束渦旋波束產生裝置，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；介質基板上印制K個橢圓環形微帶天線貼片，且其位置中心位于一個外橢圓上；每個微帶天線單元中的M個輸入端口分別蝕刻在地板上，每個微帶天線單元中的M個同軸饋線垂直嵌入介質基板中。本發明利用少量小型化的天線單元進行組陣設計，實現了多波束渦旋波；避免了現有陣列天線陣元眾多的缺點及單個天線波束調控能力有限的問題，使得渦旋波束的產生裝置兼具小型化和波束覆蓋范圍廣的特點。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體涉及一種小型化多波束渦旋波束產生裝置，可用于通信與雷達系統。

背景技術

無線電技術因可以實現對信息的快速傳輸而為人類生活的方方面面帶來了深刻變革，其相關產品已成為人們日常生活中不可或缺的一部分。與此同時，不斷增多的通信業務使得不可再生的頻譜資源日益緊缺，也使得通信速率趨于香農定理的極限，為進一步的通信性能提升提出挑戰。為此，無線電相關技術急需取得突破性進展以解決上述問題，而作為信息載體的電磁波，也被廣泛研究。近些年的研究表明，與傳統平面波、球面波有著明顯差異的渦旋電磁波(簡稱渦旋波)體現出解決頻譜匱乏問題的可能性，其所攜帶的軌道角動量(orbital angular momentum，OAM)具有全新的自由度，且理論上在任意頻率下都具有無窮多種互不干擾的正交模態。因此，渦旋波所具有的特性體現出提升頻譜利用率的可能性，并在無線通信與雷達成像等領域體現出可觀應用前景，已逐漸成為研究熱點。

渦旋波的產生裝置是其進一步研究與應用的基礎，以往的渦旋波產生裝置主要包括均勻圓環陣、反射或透射陣天線等。其中，均勻圓環陣含有數目眾多的陣元，且陣元的數目隨渦旋波模態的增加而增多，導致陣列規模的增大與復雜度的提升；反射陣或透射陣則對饋源與陣面的相對位置有嚴格要求，且饋源更進一步可能對產生的渦旋波束造成影響。上述兩種陣列形式的渦旋波產生裝置往往體積較大，并不利于實際應用。

現有的單天線的渦旋波產生裝置，其自身體積較小，具備了一定小型化的特點，但由于單個天線形式簡單，可進行調控的部分少，因此只能產生簡單的渦旋波束。且由于單個天線的天線口徑較小，渦旋波的發散特性更明顯，使得其傳輸效果進一步下降，利用其產生高階模態渦旋波時性能下降更為嚴重。因此單天線的渦旋波產生裝置難以實現對渦旋波束的有效調控，體現出其在實際應用時的局限性。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種小型化多波束渦旋波束產生裝置，利用少量小型化的天線單元進行組陣設計，實現了多波束渦旋波；避免了現有陣列天線陣元眾多的缺點及單個天線波束調控能力有限的問題，使得渦旋波束的產生裝置兼具小型化和波束覆蓋范圍廣的特點。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種小型化多波束渦旋波束產生裝置，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；

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。