[发明专利]N臂阿基米德螺旋天线宽带多OAM涡旋电磁波生成方法

权利要求书

1.一种基于N臂阿基米德螺旋天线的宽带多OAM涡旋电磁波生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在电磁仿真软件的时域求解器中建立N臂阿基米德螺旋天线模型，包括一个圆形介质基板和一个金属反射板，以及刻在圆形介质基板背面的金属接地环与刻在圆形介质基板正面的N条金属螺旋线；

其中，N条金属螺旋线均匀绕制且线宽固定不变，金属螺旋线顺时针或逆时针旋转，在N条金属螺旋线的起点或终点位置处建立N条馈电同轴，用于设置馈电波端口；金属接地环与馈电波端口处于同一半径，用于实现阻抗匹配；金属反射板与介质基板同样大小，用于提高天线的增益；

(2)、选取厚度为h和相对介电常数为ε_r的介质基板，选取宽度为w的金属螺旋线，然后根据金属微带线等效介电常数计算公式计算出等效介电常数ε_eff；

(3)、在N个馈电同轴上逆时针方向或顺时针方向设置N个馈电波端口；

(4)、对N个馈电波端口输入相同功率P不同相位分布A_m的正弦激励信号；

其中，N为螺旋臂的臂数，m为非负整数，表示相位分布的编号，取值范围为1、2、…、N-1、N；

(5)、计算A_m相位分布激励下，天线OAM模式的理论值l(A_m)；

l(A_m)＝±(4n+m-1)

其中，n为非负整数，表示天线的工作模式，取值范围为0、1、2、…，n＝0时表示天线工作在基膜；

(6)、选取天线OAM模式的理论值l(A_m)的最低工作频率f_min(A_m)，进而计算最高工作频率f_max(A_m)；

(7)、计算天线OAM模式的理论值l(A_m)的等效工作波长λ_g；

其中，c为自由空间的光速，f为天线OAM模式下的工作频率，其取值范围为[f_min(A_m),f_max(A_m)]；

因此，得到等效工作波长λ_g的取值范围为[λ_min,λ_max]；

(8)、计算天线OAM模式的理论值l(A_m)的主辐射环区域的等效平均半径r(A_m)的取值范围；

其中，C(A_m)为主辐射环区域的等效平均周长；

(9)、改变取值，重复(4)-(8)步骤，计算所有相位分布下，对应天线OAM模式的理论值l(A_m)的主辐射环区域的等效平均半径r(A_m)的取值范围；

(10)、选取金属螺旋线的内外半径分别为r₀和r₁，r₀、r₁的取值大于r(A_m)的取值范围；

(11)、在天线模型中建立频域远场监控器，用于检测仿真过程中不同频率处的天线远场强度和相位分布；

(12)、对建立的N臂阿基米德螺旋天线模型进行仿真，得到天线的反射系数S₁₁以及远场分布强度、相位分布，实现宽带范围内多OAM的产生。