[發(fā)明專(zhuān)利]一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量天線

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110081487.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112909579A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郜參觀;毛鵬榮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 伊犁師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q21/06
• 分類(lèi)號(hào): H01Q21/06;H01Q25/04;G06F30/20
• 代理公司: 廣東有知貓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44681
• 代理人: 張歡

本發(fā)明公開(kāi)了一種可產(chǎn)生多種軌道角動(dòng)量模式的微帶陣列天線，主要解決現(xiàn)有軌道角動(dòng)量天線OAM(OrbitalAngularMomentum)模式較少的問(wèn)題。其中包括12個(gè)單元貼片天線，介質(zhì)基板，金屬地板，12個(gè)饋電接線柱等。陣列將12個(gè)結(jié)構(gòu)相同的六邊形貼片單元沿同一圓周等距排列，利用三維電磁場(chǎng)仿真軟件優(yōu)化，確定了天線的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，天線在中心頻率10.15GHz處回波損耗達(dá)到?14.81dB。當(dāng)給各天線饋電端口饋送等幅但相位差相等的激勵(lì)時(shí)，天線的電場(chǎng)輻射圖、方向圖等參數(shù)表明其能夠產(chǎn)生攜帶11種有效不同模式的渦旋電磁波。該天線具有剖面低、體積小等特點(diǎn)，本發(fā)明為攜帶多種不同OAM模式的軌道角動(dòng)量微帶陣列天線設(shè)計(jì)提供了一種新穎的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種多模態(tài)軌道角動(dòng)量天線。

背景技術(shù)

伴隨著無(wú)線傳輸技術(shù)的迅速普及與更多通信設(shè)備的快速發(fā)展，未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)信息將持續(xù)呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，無(wú)線信道容量需求和頻譜資源短缺的矛盾日益突出，根據(jù)多通道無(wú)線通信系統(tǒng)中的信道容量公式：

信道容量C的大小是由信噪比SNR和系統(tǒng)信道矩陣H共同決定的。在未知信道特征的條件下，如果只是單方面地通過(guò)增加發(fā)射功率來(lái)提高頻譜利用率，系統(tǒng)將不能維持正常通信。因此，人們迫切希望在無(wú)線通信領(lǐng)域找到一種可以增加系統(tǒng)容量并提高頻譜利用率的通信方式。在此前提下，人們發(fā)現(xiàn)軌道角動(dòng)量渦旋電磁波具有和頻率、碼序列、強(qiáng)度、相位、時(shí)間不同的物理自由度并且可以用于低頻無(wú)線電領(lǐng)域。從理論上講，在任意不同頻率下，OAM渦旋電磁波都具有無(wú)數(shù)多種相互正交的模態(tài)，這種正交特性使得不同模態(tài)的渦旋波所攜帶的信息不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。

2007年，瑞典空間物理研究所Thide等人發(fā)現(xiàn)使用矢量天線陣列[THIDE B,THENH,SJOHOLM J,et al.Utilization of photon orbital angular momentum in the low-frequency radio domain[J].Physical Review Letters,2007,99(8):877-894.]給各天線單元饋以等幅不同相的信號(hào)時(shí)，相鄰兩個(gè)陣元間存在相等的相位差，天線可以產(chǎn)生具有自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量的電磁波，并且波束與近軸螺旋拉蓋爾-高斯激光束具有十分相似的角動(dòng)量特性。2010年，Mohammadi等人對(duì)無(wú)線電OAM系統(tǒng)進(jìn)行了綜合仿真并在波束軸線已知的條件下，通過(guò)單點(diǎn)局部測(cè)量法明確地估計(jì)了無(wú)線電磁波束中的軌道角動(dòng)量[MOHAMMADI S M,DALDORFF LK S,BERGMAN J E S,et al.Orbital angular momentum inradio-a system study[J].IEEE Transactions onAntennas and Propagation,2010,78(2):565-572.]。

2012年，Tamburini等人在麥克斯韋與洛倫茲電磁理論的對(duì)稱(chēng)形式基礎(chǔ)上，利用獨(dú)立于可用信道的信息進(jìn)行編碼的調(diào)制方案，將不同OAM編碼狀態(tài)的電磁波信號(hào)在同一頻帶上實(shí)現(xiàn)了442m的無(wú)線傳輸。[TAMBURINI F,MARI E,SPONSELLI A,et al.Encoding manychannels on the same frequency through radiovorticity:first experimental test[J].New J.Phys.Vol.14,Is.3,March 2012:2-7.]結(jié)果表明這種新的無(wú)線電通信方式允許在同一頻帶實(shí)現(xiàn)多信道同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息。2017年，Bai X D等人提出了一種利用Rotman透鏡天線陣列產(chǎn)生五種不同OAM模式渦旋波的方案[BAI X D,LIANG X L,LI J P,etal.Rotman Lens-BasedCircularArray for Generating Five-mode OAM Radio Beams[J].Scientific Reports,2016,6(1):734-739.]。