[发明专利]一种模式可重构的OAM圆极化天线及无线通信设备

说明书

本发明公开了一种模式可重构的OAM圆极化天线及无线通信设备，包括叠放设置的两层介质基板、可重构的馈电网络及同轴馈线，可重构的馈电网络包括微带电路及金属反射地，两层介质基板包括上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面设置圆极化天线阵列，其下表面设置金属反射地，所述下层介质基板的下表面设置微带电路，同轴馈线分别与微带电路的输入端及金属反射地连接。本发明能够实现两种OAM模式可重构的特性，同时克服现有技术馈电结构复杂、不同模式切换速度慢的缺陷，同时实现辐射圆极化波且具有宽带宽和高增益的特点。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种模式可重构的OAM圆极化天线及无线通信设备。

背景技术

随着便携式设备和物联网设备爆发式的增长，人们对高质量和大容量的无线通信技术的需求越来越迫切。然而频谱资源是一种有限的资源，限制了无线通信技术的发展。在有限频带下，如何提高信道容量和频谱利用率一直是通信领域研究的课题。提高信道容量不能仅靠提高带宽来实现，多输入多输出(MIMO)技术有效解决了这个问题，MIMO技术是指在有限频域资源里通过空间域的扩展，利用空时频处理技术实现信道容量的提高和误码率的降低。MIMO技术属于空分复用(SDM)技术，另外还有其它复用技术，如时分复用(OTDM)、码分复用(CDMA)、正交频分复用(OFDM)等。前面提到的复用技术目前很难使现有的频谱利用率有大幅度的提升。然而，近年来兴起的轨道角动量(OAM，Orbital Angular Momentum)由于其理论上具有无穷多的模式，并且由于其不同模式的正交性，使涡旋电磁波能够在同一个轴方向一起传播时减少相互之间的干扰，因此，通过OAM理论上可以实现无穷的信道容量。近年来，科研人员将光通信中的OAM引入了射频领域，并认为OAM的引入不会对无线电通信领域带来任何概念上的新变化。传统的MIMO通信已经很好地覆盖了该技术。这说明OAM能够有效提高无线通信系统的信道容量和频谱利用率。

在射频领域，轨道角动量天线的结构主要有四种：(1)螺旋相位板(2)螺旋相位反射天线(3)环形天线阵列(4)超表面技术。环形天线阵列根据不同的单元个数N以及连续单元的相位分布来确定OAM模式，可通过设计合适的馈电网络实现OAM天线模式的可重构，大大提高了OAM天线模式复用能力。对于模式可重构的OAM天线，仍存在着一些问题，环形单元少，馈电网络设计简单，但相应的天线增益下降；环形阵列单元多，虽然可以提高天线增益，但会提高馈电网络设计的复杂度。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种模式可重构的OAM圆极化天线及无线通信设备。

本发明基于极化转换超表面和可重构的馈电网络实现了具有模式可重构的OAM圆极化天线阵列，该天线阵列馈电网络设计简单，同时具有宽带宽和高增益的特点。

本发明采用如下技术方案：

一种模式可重构的OAM圆极化天线，包括叠放设置的两层介质基板、可重构的馈电网络及同轴馈线，可重构的馈电网络包括微带电路及金属反射地，两层介质基板包括上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面设置圆极化天线阵列，其下表面设置金属反射地，所述下层介质基板的下表面设置微带电路，同轴馈线分别与微带电路的输入端及金属反射地连接。

进一步，所述圆极化天线阵列包括N*M个呈阵列设置的圆极化天线单元，所述圆极化天线单元包括极化转换超表面结构及馈电结构，所述馈电结构为缝隙耦合馈电，包括微带馈线及矩形缝隙，所述微带馈线设置在下层介质基板的下表面，所述微带馈线与微带电路连接，矩形缝隙设置在金属反射板上。

进一步，所述极化转换超表面结构包括A×A个方形贴片，每个方形贴片设置两个金属化通孔与金属反射地连接。

进一步，所述微带馈线包括两条相互连接的微带线。