[发明专利]一种基于环形销钉阵列的射频平面螺旋轨道角动量天线

说明书

本发明公开一种基于环形销钉阵列的射频平面螺旋轨道角动量(PSOAM)天线，属于远距离通信和雷达领域，该环形销钉阵列的PSOAM天线包括腔体和金属销钉阵列；其腔体为金属结构的空心圆柱体，腔体两端侧面设置缝隙，宽度W_r为1.2mm；所述腔体上表面嵌有金属销钉阵列，所述金属销钉阵列沿周向均匀分布；所述销钉阵列的环数为1～4环，环间距D_x为0.5～1.25mm，销钉高度D_h满足0mm＜D_h≤2.6mm。该环形销钉阵列的PSOAM天线的腔体尺寸大幅度缩小的同时，由于达到了横向辐射条件，因此也不需要附加喇叭。因此该天线总口径控制在传统方案12％以下。本发明采用空腔设计，减少了大量介质损耗，提高了效率。

技术领域

本发明属于远距离通信和雷达领域，尤其涉及一种基于环形销钉阵列的射频平面螺旋轨道角动量(PSOAM)天线。

背景技术

随着现代通信技术的不断发展，紧缺的频谱资源逐渐成为限制无线通信发展的瓶颈。轨道角动量(OAM)这一迄今尚未被有效利用的电磁波基本特性可为电磁波的调制、复用等提供新的物理参数维度，在提高频谱利用率方面具有极大的潜力。然而传统OAM中心存在相位奇点，由于波束的发散特性，随着传播距离的增大，中间的暗区将不断变大。而且，不同模态OAM波束的发散角不同，多个OAM态复用传播就有困难。这些问题极大地限制了射频OAM的应用。因此，PSOAM电磁波被提出，通过将三维锥形OAM波束压缩到二维平面，使波束相位奇点在天线位置，可解决远场暗区问题，而且不同模态PSOAM波束可沿同方向复用传播。PSOAM的提出为射频OAM的实际应用提供了独特的思路。

目前，可产生PSOAM波束的天线有环形行波天线、定向阵列天线、介质同轴谐振腔天线和WGM模谐振腔天线等。其中环形行波天线具有高模式纯度，馈电简单、设计方便等优势。然而传统环形行波天线由于口径过大，无法满足其主瓣位于水平位置的尺寸条件，需要通过增加喇叭或者通过高介电常数介质等方法使其主瓣处于水平方向。前者天线口径会大幅度增加从而不利于多模叠加，而后者会带来额外的介质损耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于环形销钉阵列的PSOAM天线，目的在于通过加载环形销钉阵列实现天线的小型化，降低介质损耗，在不需要附加喇叭的情况下实现PSOAM，对PSOAM模态叠加实现结构化电磁波具有推动作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于环形销钉阵列的PSOAM天线，所述环形销钉阵列的PSOAM天线包括腔体和金属销钉阵列；所述腔体为金属材质的空心圆柱体，所述腔体两端侧面设置缝隙，宽度W_r为1.2mm；所述腔体上表面嵌有金属销钉阵列，所述金属销钉阵列沿周向均匀分布；所述销钉阵列的环数为1～4环，环间距D_x为0.5～1.25mm，销钉高度D_h满足0mm＜D_h≤2.6mm。

进一步地，所述腔体内半径R_in和外半径R与波束的模态l和等效波导波长λ_g满足公式：(R_in+R)/2＝l×λ_g。

进一步地，，所述PSOAM天线还包括SMA插孔，所述腔体下表面设置4个SMA插孔，且SMA插孔位于SMA与天线阻抗匹配条件的圆周上。

进一步地，所述SMA插孔分别接入同轴电缆，所述第一SMA插孔圆心角为0°、第一SMA插孔与第二SMA插孔的圆心角为φ、第一SMA插孔与第三SMA插孔的圆心角为180°、第一SMA插孔与第四SMA插孔的圆心角为180°+φ；其中φ满足φ＝(2k+1)π/2l，k＝0,1,2…,l-1。