[發明專利]一種產生具有梳狀模態譜的渦旋波的雙臂立體螺旋天線

有效

• 申請號: 202011431556.8
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112701486B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 孫勝;劉童;陽欞均
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q11/08
• 分類號: H01Q11/08;H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q1/48
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄧黎

本發明公開了一種產生具有梳狀模態譜的渦旋波的雙臂立體螺旋天線，屬于天線技術移動無線通信技術領域。該天線包括介質基板、覆蓋于介質基板下表面的金屬接地板、位于介質基板上表面的饋電結構、以及立體對稱設置且半徑逐漸增大的雙臂立體螺旋金屬線。本發明的螺旋金屬線的半徑線性增大，當螺旋周長是波長的整數倍時，該螺旋區域能產生對應的單一模態的渦旋波，而當螺旋周長不斷變化時，會有相鄰模式的存在，從而在單個頻點上同時產生多個模態疊加的渦旋波，并且這些疊加的模態成等間隔分布，形成一個梳狀的模態譜圖，從而可以進一步地提升所產生波的自由度與復雜度。

技術領域

本發明屬于天線技術移動無線通信技術領域，具體涉及一種產生具有梳狀模態譜的渦旋波的單端口饋電的雙臂立體螺旋天線，可用于單個頻點下同時產生多個模態疊加的渦旋電磁波，并且這些疊加的模態成等間隔分布，形成一個梳狀的模態譜圖。

背景技術

近年來，軌道角動量(OAM:Orbital Angular Momentum)由于其模式的無限性及模式之間的正交性，得到了大量科研人員的廣泛關注及深入研究。角動量是由自旋角動量以及軌道角動量兩個部分組成，其中軌道角動量與波束空間相位分布相關，1992年，荷蘭物理學家Allen等人發現了具有螺旋型波前結構exp的光束首次分析了渦旋光束的軌道角動量特性，并在“Orbital angular momentum of light and transformation ofLaguerre Gaussian Laser modes”一文中指出理論上OAM具有無限多個狀態，且不同的OAM態之間相互正交，因此，科研人員認為其在射頻段無線通信系統中可以起到擴大信道容量的作用。攜帶軌道角動量的電磁波稱之為渦旋波。與之對應的渦旋電磁波技術作為一種新的復用技術，使得多路信號可以在相同頻率進行同軸傳輸，將其應用于射頻領域顯示了其廣闊的前景。此外，它在雷達目標成像方面也有相當大的潛力。

2017年，在“Broadband Generation of Orbital Angular Momentum CarryingBeams in RF Regimes”一文中利用單臂阿基米德平面螺旋天線產生了渦旋電磁波，但天線體積較大。2019年，郭忠義課題組在“Generation of Continuously Variable-ModeVortex Electromagnetic Waves With Three-Dimensional Helical Antenna”中利用單臂立體螺旋天線在三個頻點下分別產生了三種模態的渦旋電磁波，但在單個頻點下激勵的渦旋電磁波模態單一。2018年，郭忠義課題組在“Generation of Multi-mode VortexElectromagnetic Waves Based on Helical Antenna”中利用四個同軸排列的螺旋天線在單個頻點下產生了四種模態的渦旋電磁波，但需要四個饋電端口，饋電結構復雜。之后，該團隊采用了具有對稱結構的雙臂螺旋天線來提高產生的渦旋波的模式純度，但所產生的模態還是單一的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種產生具有梳狀模態譜的渦旋波的雙臂立體螺旋天線，在單個頻點下同時產生多個模態疊加的渦旋電磁波，形成一個梳狀的模態譜圖，從而可以進一步地提升所產生波的自由度與復雜度，有助于進一步拓展渦旋波的應用前景。

本發明通過以下技術方案來實現：

一種產生具有梳狀模態譜的渦旋波的雙臂立體螺旋天線，包括介質基板(1)、覆蓋于介質基板下表面的金屬接地板(2)、位于介質基板上表面的饋電結構(5～8)、以及雙臂立體螺旋金屬線(3、4)。

所述雙臂立體螺旋金屬線(3、4)包括立體對稱設置且半徑逐漸增大的兩根螺旋金屬線。

所述饋電結構(5～8)包括位于介質基板中心的集總端口(8)、以及集總端口(8)兩側對稱設置的兩段微帶線；兩段微帶線的輸出端口相位相差180°、分別連接兩根螺旋金屬線的起始端。