[发明专利]一种产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列。

背景技术

电磁波可以携带线动量和角动量，角动量有两种：(1)自旋角动量(SAM)，(2)轨道角动量(OAM)。其中，自旋角动量有两种模式：左旋圆极化和右旋圆极化，这两种模式都已经被广泛应用于通信系统中来提高通信容量。而轨道角动量是一种相对较新的概念，于1992年被Allen等人发现，见Allen,L.,et al.,“Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes.”Phys Rev A,1992.45(11):p.8185-8189。通过对轨道角动量(OAM)的研究，发现轨道角动量(OAM)可以用来提高通信容量。Thidé等人首次实现了电磁领域的OAM波束，见Thidé,B.,et al.,“Utilization of photon orbital angular momentum in the low-frequency radio domain,”Physical Review Letters,2007.vol.99(8):pp.087701-1–087701-4。这篇文章为OAM波束应用于电磁领域提供了可能性。理论上，OAM可以提供无限带宽。Fabrizio等实验展示了如何用这种OAM波束编码并传输信息，见Tamburini,F.,et al.,“Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity:first experimental test.”New Journal of Physics,2012.14(3):p.033001。

如今，OAM波束的传输主要是使用圆形天线阵列或者螺旋相位面天线实现。然而，现有的圆形天线阵列或者螺旋相位面天线存在以下技术问题：1、圆形阵列天线阵列的天线单元损耗高。2、螺旋相位面天线不易制作，不易维持板面的平滑。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列，其目的在于，通过介质材料构成圆形阵列解决现有方法中存在的上述损耗高，不易制作的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列，包括多条微带线、同轴馈电端口、多个矩形槽、N个介质谐振器天线、介质基板和接地面，N为大于或等于4的正整数，矩形槽、介质谐振器天线以及接地面均设置在介质基板的一面，介质谐振器天线沿周向均匀分布在介质基板上，矩形槽设置在介质谐振器天线和接地面连接处，其数量等于N，介质谐振器天线设置于接地面上，微带线沿周向均匀分布在介质基板的另一面，其数量等于N，微带线的一端由同轴线通过同轴馈电端口馈电，另一端与矩形槽耦合，用于为介质谐振器天线馈电。

优选地，介质谐振器天线为圆柱介质谐振器天线，其由陶瓷填料的聚四氟乙烯复合材料构成。

优选地，圆柱介质谐振器天线的大小和其谐振频率成正比。

优选地，在HE_11δ传输模式下，圆柱介质谐振器天线的半径和高度由公式计算，其中h是圆柱介质谐振器天线的高度，r是圆柱介质谐振器天线的半径，f₀是天线的谐振频率，ε_d是圆柱介质谐振器天线的介电常数。

优选地，介质基板是由添加了玻璃纤维的聚四氟乙烯复合材料构成。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、能够解决现有方法中存在的高损耗的问题：由于本发明采用了全介质结构，因此同以往的圆形天线阵列相比，损耗大大降低。

2、能够解决现有方法中存在的不易制作、维持天线形状的问题：由于本发明采用了介质谐振器天线作为阵列单元，容易制作，而且一旦制成，不用考虑维持天线形状的问题。

附图说明

图1(A)是本发明采用圆柱介质谐振器天线产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列的俯视图；

图1(B)是图1(A)中介质谐振器天线阵列的仰视图；

图1(C)是图1(A)中介质谐振器天线的侧视图；

图2(A)是本发明垂直于天线传播方向上的某一平面模式l＝0(即激励的相移为0°)的电场图；