[发明专利]一种基于弯曲波导部分开缝产生OAM模式群组的天线

说明书

本发明公开了一种基于弯曲波导部分开缝产生OAM模式群组的天线，该天线包括波导馈口、第一渐变波导、第二渐变波导、波导匹配负载端口以及弯曲波导；所述弯曲波导的两端分别与第一渐变波导、第二渐变波导的一端连接，所述第一渐变波导的另一端与波导馈口连接，所述第二渐变波导的另一端与波导匹配负载端口连接。该天线所产生的OAM模群呈现出能量集中的高增益波束且在波束的主瓣范围内仍具有螺旋相位分布，相位线性度较好，等效OAM阶数高，解决了难以产生多个连续的高阶OAM模态并将其叠加成OAM模群的问题，更具工程实现的可行性。具有高等效OAM阶数的OAM模群能在无线视距MIMO通信系统中实现更远的传输距离和更高的频谱效率。

技术领域

本发明属于射频OAM波束产生领域，具体地涉及一种基于弯曲波导部分开缝产生OAM模式群组的天线。

背景技术

作为电磁波的固有属性，具有螺旋相位分布的轨道角动量波束被认为是一个可以利用的新自由度。近十年，OAM已衍生出许多潜在应用。除了在光通信和射频通信系统的复用传输，OAM也被应用于纳米技术、量子信息技术和雷达计算成像等领域。但在实际的应用中，OAM波束呈现出“甜甜圈式”的强度剖面，在射频域尤为明显。由于存在固有的发散特性和中心相位奇点，随着传播距离的增大，“甜甜圈式”的强度剖面也不断增大。对于雷达探测和无线通信系统，在接收端想要整圈接收OAM波束是非常困难的。部分弧采样接收机制可能是个解决该问题的办法，但是这种机制需要依据特定的OAM模态、在特定的接收口径下才能进行正交接收，难以广泛地使用。另一种方法是通过透镜汇聚波束，但这种方法在本质上没有改变OAM波束的形状，超过一定传播距离，其仍会不断发散造成接收困难的问题。

为减少大接收口径所带来的影响，构造并产生一种局部具有螺旋相位波前(沿方位角向相位呈线性分布)的高增益波束是非常必要的，OAM模式群组提供了一种可行方法。OAM模群已被证明是一种基于场本征模叠加的波束赋形方法，能实现方位角向的波束多样性，OAM模群具有三个新颖的波束特征：方向性、涡旋性以及主瓣的准正交特性。理论上说，若拥有足够多可用的OAM模态，可以构造具有任意方位角向分布的电磁波束。OAM模群已被用于MIMO通信系统和低截获通信系统。对于视距MIMO系统，具有高等效OAM阶数的OAM模群可以实现更远的有效通信距离，这里等效OAM阶数l_e表征了模群主瓣内的相位斜率，即描述了模群的涡旋性。

目前，构造OAM模群的方法是先产生多个OAM波束再将它们叠加为一个模群，对于构造低l_e的模群是可行的。但对于构造高l_e的模群，同样的方法是十分困难的。本发明所提出的方法可以解决难以产生多个连续的高阶OAM模态并将其叠加成OAM模群的问题，更具工程实现的可行性。OAM模群的波束特性对于下一代无线通信系统和未来雷达探测定位系统具有非常重要科学研究和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于弯曲波导部分开缝产生OAM模式群组的天线，该天线中涉及一种弯曲波导漏波天线结构，可被视为能产生射频单模OAM波束的环形行波天线的一部分，所产生的高等效OAM阶数的OAM模群可实现远距离通信、雷达测速等多种应用。

本发明解决技术问题所采取技术方案为：一种基于弯曲波导部分开缝产生OAM模式群组的天线，所述天线包括波导馈口、第一渐变波导、第二渐变波导、波导匹配负载端口以及弯曲波导；所述弯曲波导的两端分别与第一渐变波导、第二渐变波导的一端连接，所述第一渐变波导的另一端与波导馈口连接，所述第二渐变波导的另一端与波导匹配负载端口连接。