[实用新型]一种平面螺旋轨道角动量Vivaldi阵列天线

说明书

本实用新型涉及天线领域，尤其涉及一种平面螺旋轨道角动量Vivaldi阵列天线。天线包含四块介质板，每块介质板上用印刷电路板工艺对称印制了2个Vivaldi天线阵元，共计8个阵元；四块介质板各自包含对称轴，四块介质板沿着对称轴纵向拼插为一个包含八个分块的Vivaldi天线阵元的基本单元，每个阵元由渐变槽线和馈电巴伦构成，渐变槽线和馈电巴伦分别位于介质板的正反两面；每个Vivaldi天线阵元各有一个馈电端口。克服了传统轨道角动量天线方向图呈中空发散状的缺陷，极大方便了轨道角动量的实际应用。同时，该天线结构紧凑，具有很宽的阻抗带宽和较高的增益。

技术领域

本实用新型涉及天线领域，尤其涉及一种平面螺旋轨道角动量Vivaldi阵列天线。

背景技术

近年来，轨道角动量技术提供全新复用维度、提升频谱效率的独特的物理属性和可观的应用前景引起了学界的广泛关注，也使轨道角动量天线的研究成为当前热点。然而，由于携带轨道角动量的电磁波存在中心相位奇点，传统轨道角动量天线的方向图均呈中空发散状，辐射能量难以集中；这对轨道角动量载波的接收、解调以及无线轨道角动量系统的架构设计带来了诸多挑战。

2016年，浙江大学郑史烈教授等人提出了平面螺旋轨道角动量的概念。研究表明，辐射平面螺旋轨道角动量电磁波的天线，其方向图呈类似于半波振子天线的全向边射形式，而非传统轨道角动量天线的中空倒锥形。同时，携带平面螺旋轨道角动量的电磁波，其物理属性，如涡旋形相位波前、不同模式间的正交性等，相比于传统轨道角动量电磁波并无变化。因此，基于平面螺旋轨道角动量天线的无线轨道角动量系统，其接收、解调将更易实现，系统架构也将大为简化。综上，平面螺旋轨道角动量天线具有可观的研究价值和广阔的应用前景。

平面螺旋轨道角动量天线的研究与设计尚未得到广泛的关注，现有平面螺旋轨道角动量天线仅有加载喇叭边缘的金属谐振腔和WGM模介质谐振器这两种形式。但是。天线形式单一、功能简单、设计自由度有限。本实用新型提出基于UCA的轨道角动量天线完全利用旋转渐变相位馈电来产生轨道角动量，对阵元天线本身没有要求，可根据需要灵活地选用或优化天线阵元，设计思路清晰，设计自由度大；回音壁式对应名词WGM。

实用新型内容

实用新型的目的：为了提供一种效果更好的新型疝气带，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种平面螺旋轨道角动量Vivaldi阵列天线，其特征在于，天线包含四块介质板，每块介质板上用印刷电路板工艺对称印制了2个Vivaldi天线阵元，共计8个阵元；四块介质板各自包含对称轴，四块介质板沿着对称轴纵向拼插为一个包含八个分块的Vivaldi天线阵元的基本单元，每个阵元由渐变槽线5和馈电巴伦6构成，渐变槽线5和馈电巴伦6分别位于介质板的正反两面；每个Vivaldi天线阵元各有一个馈电端口。

本实用新型进一步技术方案在于，所述的四块介质板以沿对称轴纵向拼插的形式，构成一紧凑的八元环形天线阵列。

一种针对Vivaldi阵列天线加宽阻抗带宽和提高增益的方法，其特征在于，利用如上任意所述的天线，包含如下步骤，天线包含4块介质板，每块介质板上用印刷电路板工艺对称印制了2个Vivaldi天线阵元，共计8个阵元；阵列半径的电尺寸a₀不超过xl/2π，xl为第l阶贝塞尔函数的第一个极值点；4块介质板以沿对称轴纵向拼插的形式，构成一紧凑的8元环形天线阵列；对8个阵元依次采用45^ol(n-1)(n=1,2,…,8)的旋转渐变相位馈电，即可使其产生模式数为l的平面螺旋轨道角动量；

本实用新型进一步技术方案在于，以UCA的圆心为原点和相位参考点；圆阵半径为，为各阵子所在处的方位角，所有阵元被等幅馈电，且各阵元的馈电相位分别为(n=1,2,…N)；设远场区观察点P(r,θ , φ)、原点和第n个阵元形成的立体角为；因此，第n个阵元天线与相位参考点之间至P点的波程差为；故场方向图阵因子可计算为