[发明专利]基于OAM单模态和混合模态的液体天线

说明书

本发明提供了一种基于OAM单模态和混合模态的液体天线，该天线包括第一透明介质基板、第二透明介质基板、第一液体介质和第二液体介质、金属地板、第一短路金属片、第二短路金属片、第一辐射金属片、第二辐射金属片，四个相同的短路针和馈电网络。所述介质基板内部开设有第一环形槽和第二环形槽，所述的第一液体介质和第二液体介质分别位于第一环形槽和第二环形槽中，所述的第一辐射金属片和第二辐射金属片分别印制在第一环形槽和第二环形槽的底部。本发明通过控制PIN1管和PIN2管的工作状态，能够产生单模态和混合模态的涡旋电磁波，且单模态和混合模态的涡旋电磁波之间状态切换方便，所得到的单模态的涡旋电磁波纯度较高。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种介质谐振器天线领域中的基于OAM(Orbital Angular Momentum)单模态和混合模态的液体天线。

背景技术

涡旋电磁波逐渐应用于无线通信，通过对OAM进行编码，可以实现某一固定频带范围内无限多的信道传输,轨道角动量涡旋电磁波因其所携带的多模态的轨道角动量，可以有效地提升通信容量和频谱利用率,因此具有极高的科研价值。当前，无线通信系统中产生OAM涡旋电磁波的天线通常使用固态天线。液体天线，是指用液体取代固体天线辐射单元所使用的固态材料，构成以液体为辐射单元的天线。根据液体属性的不同，液体天线可以分为具有导体特性的液体导体天线和具有介质特性的液体介质谐振器天线，液体通常使用离子液体，如水。纯净水具有介质特性，可以制作成液体介质谐振器天线。海水具有较强的导电率，导电特性在金属与介质之间，海水天线可以看作是一种特殊的导体天线。水天线作为一种特殊的液体天线，除了具有液体天线共有的优势外还具有高介电常数，低成本，易获取，光学透明，无毒害等特点，近年来吸引了越来越多研究者的兴趣。但是，现有的水天线同时又存在着自身的缺陷，如水的高介电常数虽然有效地减小了水天线的尺寸，但也带来天线工作频带变窄的问题。

例如，2015年，YUJIAN LI等人在IEEE中《Access》期刊上发表了《A Water DenseDielectric Patch Antenna》的论文，该天线为液体天线中的水天线，该天线由塑料盒，水介质，L型探针构成，该天线增益为7.1dBi，辐射效率超过68％，交叉极化小于-20dB，但该天线工作带宽是从0.87GHz到0.94GHz,相对带宽只有7.6％，带宽很窄,并且该天线并不能产生OAM涡旋电磁波。

例如，2019年8月，南京航空航天大学申请了名称为“一种方向图可重构液体天线”的专利文献，该专利文献中天线包括液体单极子、液体反射面、接地板以及馈电结构，天线的方向图可重构通过选择液体反射面特定位置注入盐水形成不同的液体反射面实现。该设计可实现在同一个结构内天线的方向图可重构性，且具有良好的辐射特性，在工作频段内总效率可以达到60％以上，且该天线工作带宽为334MHz–488MHz，相对带宽为37.5％，但该液体天线不能产生OAM涡旋电磁波。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于OAM单模态和混合模态的液体天线，可以产生单模态涡旋电磁波或者混合模态的涡旋电磁波。

为实现上述目的，一种基于OAM单模态和混合模态的液体天线，包括第一透明介质基板、第二透明介质基板、第一液态介质和第二液态介质、金属地板、第一短路金属片、第二短路金属片、第一辐射金属片、第二辐射金属片，四个相同的短路针和馈电网络，所述第一透明介质基板位于第二透明介质基板的上方，所述第二透明介质基板位于金属地板的上表面，所述馈电网络由一分四的功分移相器、金属底座和PIN管组成；

所述第二透明介质基板内部开设有第一环形槽和第二环形槽，所述的第一液体介质和第二液体介质分别位于第一环形槽和第二环形槽中，所述的第一辐射金属片和第二辐射金属片分别印制在第一环形槽和第二环形槽的底部；所述第一短路金属片和第二短路金属片顶部分别位于第一辐射金属片和第二辐射金属片的下表面，所述第一短路金属片和第二短路金属片的底部位于金属地板的上表面；

所述第一环形槽和第二环形槽的中心与透明介质基板的中心相互重合。