[发明专利]一种可产生多模态涡旋电磁波的阵列天线

说明书

本发明公开的可产生多模态涡旋电磁波的阵列天线，涉及无线通信技术领域，包括底层介质板、顶层介质板、N‑1个双向功率分配器、微带线及N+1个辐射单元，其中，N+1个辐射单元包括：N+1个驱动贴片及N+1个寄生贴片，每个辐射单元包括一个驱动贴片及一个寄生贴片，N＝2ⁿ，n为大于等于2的整数。其中，N‑1个双向功率分配器分别通过微带线分别与N+1个驱动贴片连接，双向功率分配器、微带线及N+1个驱动贴片均设置于底层介质板的上表面，N+1个寄生贴片与N+1个驱动贴片相对应并设置于顶层介质板的下表面，简化了现有阵列天线的工作流程，使得该阵列天线简单易用且能够产生多个模态涡旋电磁波。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种可产生多模态涡旋电磁波的阵列天线。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，新型业务不断涌现，有限的频谱资源已经不能够满足人们的需求。由于无线频谱资源的有限性、独占性和稀缺性，极大地限制了无线通信技术的发展，所以说，如何提高频谱资源利用率成为当今通信领域所关注的焦点，为此人们先后提出了时分多址TDMA、码分多址CDMA、正交频分复用OFDM等多种复用技术来提高无线频谱的利用率。然而，传统的无线通信技术主要以信号的幅度、相位、频率等形式进行信息传输，且在同一时间、同一码域里一个频带只能传输一路信息，故提出具有轨道角动量的涡旋电磁波技术来满足未来移动数据的需求。

轨道角动量涡旋波近些年得到了广泛的研究与应用，然而射频和无线通信领域的研究与应用相对滞后。涡旋电磁波是有别于普通平面波的一类电磁波，平面波只有自旋角动量，而涡旋波不仅具有自旋角动量，还有轨道角动量，它的等相位面由于波束携带轨道角动量而呈螺旋状分布，与平面波的等相位平面是不同的。直到2007年，瑞典的B.Thide等通过运用阵列天线产生轨道角动量的方法成功将其应用于射频无线通信领域，至此OAM电磁涡旋场在无线通信中的应用才逐步成为当今的研究热点。到目前为止，用于产生轨道角动量波束的方式主要包括采用旋转相位板、螺旋抛物面和阵列天线。

上述几种方法中，旋转相位板在光波段的使用最为广泛，其特点在于理论与结构简单，可以双极化激励，转换效率较高，但是在射频微波波段，由于其产生的波束发散角较大、不利于远距离传输、介质板对波束的反射会降低发射效率及方案复杂等问题限制了其在射频微波波段的广泛应用。而螺旋抛物面则是通过将已有的抛物面天线弯曲螺旋成螺旋曲面，利用抛物面的汇聚作用，将发散的微波轨道角动量波束汇聚来产生轨道角动量波束，但是，这种结构很难产生多个模态的轨道角动量涡旋波束，且不稳定性强、不易于制作。

阵列天线技术在近些年得到了广泛研究，并且应用于很多领域，如通信、传感、能量收集、雷达等，这也为使用阵列天线产生携带有轨道角动量的涡旋波束提供了较好的理论和实践基础。例如申请公开号为CN 106058490 A，名称为“一种产生涡旋电磁波的方法”的专利申请，公开了一种利用阵元总数为N的阵列天线产生涡旋电磁波的方法。该方法通过调节阵元数目和阵元排布方式来产生不同模态的涡旋电磁波。虽然该方法阵列单元形式不限，阵列排布方式灵活，但该方法需要对各个阵元施加幅度相等且相差特定相位的激励，这一点通过现有的物理设备难以较好的实现，并且无法同时产生多个模态涡旋电磁波。

因此，研究设计出简单易用且能够同时产生多个模态涡旋电磁波的天线是目前迫切需要的。

发明内容

针对上述问题，本发明实施例提出了一种可产生多模态涡旋电磁波的阵列天线。为实现上述目的，采用如下方案：

本发明实施例提供的一种可产生多模态涡旋电磁波的阵列天线包括底层介质板、顶层介质板、N-1个双向功率分配器、微带线及N+1个辐射单元，其中，N+1个辐射单元包括：N+1个驱动贴片及N+1个寄生贴片，每个辐射单元包括一个驱动贴片及一个寄生贴片，N＝2ⁿ，n为大于等于2的整数；其中，