[發(fā)明專(zhuān)利]基于電磁帶隙的三模態(tài)OAM天線(xiàn)及其設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110253801.9
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113097730A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡俊;胡燕金;吳文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q13/18
• 分類(lèi)號(hào): H01Q13/18;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q1/38;H01Q1/52
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電磁帶隙的三模態(tài)OAM天線(xiàn)及其設(shè)計(jì)方法，該方法提出一種均勻旋轉(zhuǎn)陣列基礎(chǔ)上結(jié)合高階模式的半模諧振模式的OAM天線(xiàn)，高階模式源于基片集成波導(dǎo)的方形諧振腔，并通過(guò)將腔體沿對(duì)角線(xiàn)剪裁構(gòu)成其三角形半模，且在相鄰陣元之間分別引入兩個(gè)背靠背分布的EBG諧振單元；本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)特征由位于介質(zhì)基板上的四個(gè)等腰直角三角形貼片單元、單元兩腰的金屬化通孔、八個(gè)位于介質(zhì)基板上表層的諧振環(huán)EBG單元組成以及金屬接地基板組成；其中，周期性金屬通孔貫穿三角形貼片、介質(zhì)基板以及金屬接地基板三者之間，形成近似理想電壁。本發(fā)明的性能特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、易與平面集成且具有較高帶寬和帶內(nèi)隔離度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于OAM無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電磁帶隙的三模態(tài)OAM天線(xiàn)及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)展和通信領(lǐng)域?qū)νㄐ潘俾市枨蟮脑鲩L(zhǎng)，頻譜資源日益稀缺。但是，設(shè)計(jì)多模態(tài)的OAM天線(xiàn)是提高頻譜利用率潛在的有效辦法。不同于通常天線(xiàn)設(shè)計(jì)使用的頻域、空域等連續(xù)的維度，OAM所具有的模態(tài)是一個(gè)量子化的維度。在理論上，基于正交的OAM本征模可以在現(xiàn)有頻段內(nèi)設(shè)計(jì)無(wú)限的傳輸信道，使得可以在同一頻率能夠同時(shí)傳輸多條信息，從而提高頻譜利用率。

現(xiàn)有的OAM天線(xiàn)大多是采用均勻圓形陣列構(gòu)成，為滿(mǎn)足陣元間的高隔離度，均勻圓形陣列的陣元間距需滿(mǎn)足一定要求，這導(dǎo)致天線(xiàn)的體積不夠緊湊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于電磁帶隙的三模態(tài)OAM天線(xiàn)及其設(shè)計(jì)方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)的三模態(tài)OAM天線(xiàn)，天線(xiàn)由四個(gè)半模SIW三角形諧振腔、四個(gè)獨(dú)立同軸探針以及4N個(gè)諧振環(huán)貼片單元組成，N＝2、3、4，其中四個(gè)半模SIW三角形諧振腔輻射邊在外且彼此背靠背，構(gòu)成緊湊型順序旋轉(zhuǎn)陣列，同時(shí)相鄰半模SIW三角形諧振腔之間具有N個(gè)諧振環(huán)貼片單元；均勻排列的金屬化通孔位于等腰直角三角形的兩腰，形成半模SIW三角形諧振腔。

進(jìn)一步的，當(dāng)N＝2時(shí)，兩個(gè)諧振環(huán)貼片單元背靠背放置，當(dāng)N＝3時(shí)，其中兩個(gè)相鄰諧振環(huán)貼片單元背靠背放置，另一個(gè)諧振環(huán)貼片單元與中間的諧振環(huán)貼片單元面對(duì)面設(shè)置；當(dāng)N＝4時(shí)，每?jī)蓚€(gè)相鄰諧振環(huán)貼片單元一組，背靠背設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述半模SIW三角形諧振腔是在方形SIW諧振腔的基礎(chǔ)上，將腔體沿著對(duì)角線(xiàn)剪裁而產(chǎn)生的，并采用均勻旋轉(zhuǎn)陣列配置方式構(gòu)成OAM天線(xiàn)陣列。

進(jìn)一步的，四個(gè)半模SIW三角形諧振腔采用電壁背靠背分布的分離式結(jié)構(gòu)，相鄰陣元之間的間距為波長(zhǎng)的七分之一。

進(jìn)一步的，天線(xiàn)采用獨(dú)立同軸探針進(jìn)行饋電，相鄰半模SIW三角形諧振腔的饋電中心間隔90度圓心角；饋電中心到三角形兩腰的距離相等。

進(jìn)一步的，所述諧振環(huán)貼片單元為非封閉諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，由第一～第七微帶線(xiàn)依次連接而成，其中第一微帶線(xiàn)和第七微帶線(xiàn)平行設(shè)置，第一微帶線(xiàn)與第二微帶線(xiàn)垂直連接，第七微帶線(xiàn)與第六微帶線(xiàn)垂直連接，所述第二微帶線(xiàn)、第六微帶線(xiàn)位于同一直線(xiàn)，第二微帶線(xiàn)、第六微帶線(xiàn)分別與第三微帶線(xiàn)、第五微帶線(xiàn)垂直連接，第三微帶線(xiàn)、第五微帶線(xiàn)與第四微帶線(xiàn)垂直連接，所述第三微帶線(xiàn)、第五微帶線(xiàn)相互平行，第二微帶線(xiàn)～第六微帶線(xiàn)構(gòu)成具有開(kāi)口的矩形環(huán)結(jié)構(gòu)，第一、第七微帶線(xiàn)向矩形環(huán)內(nèi)部延伸。

一種三模態(tài)OAM發(fā)射天線(xiàn)的設(shè)計(jì)方法，包括：

設(shè)計(jì)天線(xiàn)陣元，沿著方形諧振腔的短對(duì)角線(xiàn)剪裁后形成三角形HMSIW諧振腔單元；

根據(jù)SIW方形諧振腔模分析，確定當(dāng)基板的相對(duì)介電常數(shù)固定時(shí)，方形諧振腔的邊長(zhǎng)大小，使得天線(xiàn)的中心頻率在7.5GHz；

在均勻旋轉(zhuǎn)陣列基礎(chǔ)上結(jié)合方形諧振腔高階模式的HMSIW三角形半模結(jié)構(gòu)，形成四單元陣列OAM天線(xiàn)；

設(shè)計(jì)電磁帶隙諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)諧振環(huán)的長(zhǎng)度以及寬度使得隔離諧振頻率在天線(xiàn)的工作中心頻率附近。