[發明專利]一種基于環形諧振器的小型化射頻渦旋波天線

在審

• 申請號: 202210081821.7
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114421162A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 畢科;曹進清;蘭楚文;許建春
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學深圳研究院;北京郵電大學
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q1/38;H01P7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請提供一種基于環形諧振器的小型化射頻渦旋波天線，該渦旋波天線由微帶天線貼片、介質基板和接地板組成，微帶天線貼片由環形諧振器和微帶饋線組成，微帶饋線在邊緣側設置阻抗匹配段。在端口激勵的情況下，產生射頻渦旋波，用以形成小型化射頻渦旋波天線。隨著圓環諧振半徑的改變，射頻渦旋波天線在一定工作頻率下產生的渦旋波模式也會發生變化；在相同半徑的結構尺寸下，不同頻率處也會產生不同模式的渦旋波信號，實現緊湊結構下渦旋波天線的模式可調功能。本申請提供的射頻渦旋波天線選用基于環形諧振器的渦旋波束產生裝置，結構簡潔，尺寸緊湊，制造簡便，克服了傳統多單元渦旋波束天線陣結構復雜，尺寸較大的缺點。該小型化射頻渦旋波天線，可以通過調節環形諧振器結構半徑或選擇工作頻率，得到不同模式的渦旋電磁波，對于促進射頻渦旋波天線在小型化方向的發展具有重大的現實意義。

技術領域

本申請涉及天線技術領域，尤其涉及一種基于環形諧振器的小型化射頻渦旋波天線。

背景技術

渦旋電磁波是一種特殊的電磁波，具有螺旋相位波前和環形強度分布，由于其在光學成像、粒子操縱和量子信息處理等方面的優異性能而受到廣泛關注。除了這些已涉及的領域外，渦旋波束也已應用于現代光/微波通信系統中。渦旋波在理論上可以提供無限的可實現模式，由于不同模態之間固有的正交性，渦旋波束通過將信息編碼為波束的軌道角動量模態或利用渦旋波束作為信息載體進行多路復用，具有提高通信容量和頻譜效率的潛力。因此，渦旋電磁波引起了科學界和工程界的廣泛關注。

為了實現渦旋波的實際應用，產生渦旋電磁波的裝置是至關重要的。自螺旋相控波束產生以來，已經設計出了大量用于產生渦旋波束的設備。常用的方案通常是利用螺旋相位板、空間光調制器、計算機全息圖或超表面設計產生渦旋電磁波束。電磁波之間的干擾也使得天線陣可以獲得渦旋光束。雖然許多渦旋波束產生技術已經在光學領域得到了驗證，但在射頻領域對渦旋波的研究仍處于起步階段。

螺旋相位板、天線陣和超表面可以應用于射頻波段的渦旋電磁波束產生。然而，大多數傳統的方法存在結構復雜、制造困難、成本高等缺點，限制了其實際應用。特別是在饋電方式上，螺旋相位板和超表面都需要額外的天線來提供信號源。這一需求無疑將增加整個渦旋電磁波束產生系統的尺寸和復雜性。到目前為止，只有少數設計采用單饋結構實現射頻域渦旋電磁波束產生。單饋源產生渦旋電磁波束的典型方法是基于介質諧振器或圓極化貼片天線。通過這些方法，利用高階橫向磁模(TM)形成不同的軌道角動量模態。三維螺旋天線的設計也是產生渦旋電磁波束的一種方法，盡管產生了連續可變模態的渦旋波束，但該方法依賴于特殊的螺旋結構和饋電網絡，因此不容易集成。

目前射頻渦旋波天線的設計具有結構復雜、尺寸大的缺點，不利于小型化應用。

發明內容

本申請的目的在于提供一種基于環形諧振器的小型化射頻渦旋波天線。環形貼片天線用環形諧振器將導入電磁波進行增強，在一定尺寸結構下，工作頻率下的波長可以被輻射出去，產生渦旋波束。這樣的環形結構有效降低了天線的整體尺寸，旨在解決現有渦旋波天線結構復雜和尺寸較大的缺點。

為實現以上目的，本申請提供一種基于環形諧振器的小型化射頻渦旋波天線，由微帶天線貼片、介質基板和接地板組成，微帶天線貼片由環形諧振器和微帶饋線組成，微帶饋線在邊緣側設置阻抗匹配段。

優選地，所述環形諧振器設置在介質基板上層中央，微帶饋線沿切線接入環形諧振器；

優選地，所述環形諧振器的半徑應滿足以下公式：

r為環形貼片天線的平均半徑，m為設計的渦旋波模式數，λ為工作頻段對應的波長。

優選地，所述介質基板為覆銅板，整體尺寸為56×56×2.036mm³，介質層厚度為2mm，介電常數為2.65，上下金屬層厚度為0.018mm。

優選地，所述環形諧振器和微帶饋線在連接處的寬度相同。