[發(fā)明專利]一種高增益圓極化渦旋波發(fā)生器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310024738.0
• 申請(qǐng)日: 2023-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116031660A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江明;鄧世豪;杜澤清;胡俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q15/24
• 分類號(hào): H01Q15/24;H01Q15/00;H01Q9/04;H01Q3/30;H01Q1/50;H01Q1/38
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及渦旋波發(fā)生器，具體提供一種高增益圓極化渦旋波發(fā)生器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的饋電復(fù)雜、應(yīng)用場(chǎng)景受限以及頻譜利用率低等問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠獨(dú)立控制左旋和右旋電磁波透射與反射幅度、相位的圓極化超表面，采用其失匹配狀態(tài)作為法布里?珀羅諧振腔天線的部分反射面；同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種能夠控制反射波極化旋向的極化旋轉(zhuǎn)面，與圓極化超表面之間形成空氣腔體；左旋或右旋圓極化電磁波由饋源發(fā)出后，在法布里?珀羅諧振腔天線中多次部分反射與部分透射形成高增益的圓極化平面電磁波，再對(duì)高增益圓極化平面電磁波進(jìn)行相應(yīng)的相位補(bǔ)償，進(jìn)而產(chǎn)生模式數(shù)+1或?1的高增益圓極化渦旋電磁波。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及渦旋波發(fā)生器，具體提供一種高增益圓極化渦旋波發(fā)生器，該渦旋波發(fā)生器屬于光學(xué)諧振腔中的貼片型部分反射層天線。

背景技術(shù)

隨著新科技革命以電子信息業(yè)突破與迅猛發(fā)展，人們對(duì)天線的通訊速率、頻譜利用率、由于失配帶來(lái)的傳輸損耗以及對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力提出了更高的要求。相比于線極化電磁波，圓極化電磁波可以解決在收發(fā)天線不匹配時(shí)的傳輸損耗問(wèn)題，也可以通過(guò)左右旋極化實(shí)現(xiàn)收發(fā)通信通道相互獨(dú)立并行，更可以應(yīng)對(duì)各種極端天氣、復(fù)雜環(huán)境，具有更廣闊的應(yīng)用范圍；因此，圓極化電磁波發(fā)生器在提高通信速率與頻譜利用率的同時(shí)，能夠更好地應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜通訊場(chǎng)景；但是，左右旋圓極化電磁波在表達(dá)形式上為共軛復(fù)數(shù)，相位響應(yīng)為相反數(shù)，極大地限制了圓極化超表面對(duì)電磁波的調(diào)控能力，多功能的圓極化超表面的設(shè)計(jì)難度也大大增加。同時(shí)，為了進(jìn)一步提升通訊容量和頻譜利用率，渦旋電磁波成為了很好的選擇；渦旋電磁波切向電磁場(chǎng)的相位分布呈渦旋狀且攜帶軌道角動(dòng)量（OAM），理論上可有無(wú)窮階相互正交的模態(tài)，利用每種模態(tài)可以實(shí)現(xiàn)不同的傳輸信道，從而大大提高頻譜利用率；因此，設(shè)計(jì)出一種圓極化渦旋波發(fā)生器具有十分重要的意義。

法布里-珀羅諧振器腔作為一種光學(xué)諧振腔類高增益天線，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增益較高、饋電簡(jiǎn)單、成本低廉、低剖面、易于實(shí)現(xiàn)共形等優(yōu)勢(shì)，在通訊系統(tǒng)中運(yùn)用較為廣泛。目標(biāo)，已經(jīng)有很多研究工作將傳統(tǒng)的渦旋電磁波天線作為法布里-珀羅諧振腔的饋源，進(jìn)而提高渦旋電磁波的增益以及降低渦旋電磁波的發(fā)散角；但是，傳統(tǒng)的渦旋電磁波天線通常為多端口饋電，需要與額外的外部電路或者T/R組件配合使用，大大提高了饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和使用成本。因此，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、饋電方式簡(jiǎn)單、高增益、低剖面的圓極化渦旋波發(fā)生器成為本發(fā)明的研究重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的饋電復(fù)雜、應(yīng)用場(chǎng)景受限以及頻譜利用率低等問(wèn)題，提供一種高增益圓極化渦旋波發(fā)生器；本發(fā)明僅通過(guò)旋轉(zhuǎn)超表面的平面天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)反射幅度、透射幅度和透射相位的同時(shí)調(diào)控，采用圓極化天線作為饋源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高增益的圓極化渦旋電磁波的設(shè)計(jì)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種高增益圓極化渦旋波發(fā)生器，包括：極化旋轉(zhuǎn)面1、空氣腔體2、部分反射面3、饋源天線4及同軸電纜5；其中，部分反射面3設(shè)置于極化旋轉(zhuǎn)面1的正上方，且部分反射面與極化旋轉(zhuǎn)面之間形成空氣腔體2；

所述極化旋轉(zhuǎn)面1由從下往上依次層疊設(shè)置的接地金屬板、介質(zhì)基板與極化旋轉(zhuǎn)陣列構(gòu)成，極化旋轉(zhuǎn)陣列由若干個(gè)極化旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)成；饋源天線4設(shè)置于介質(zhì)基板上表面的中心位置，若干個(gè)極化旋轉(zhuǎn)單元圍繞饋源天線呈陣列排布，饋源天線通過(guò)同軸電纜5饋電產(chǎn)生左旋或右旋圓極化電磁波；