[发明专利]一种产生高纯度涡旋波的矩形贴片天线阵列

说明书

一种产生高纯度涡旋波的矩形贴片天线阵列，属于无线通信技术领域，解决涡旋波模式纯度不高的问题。本发明包括X向排列的矩形贴片天线阵列和Y向排布的矩形贴片天线阵列，所述两个天线阵列均为沿着圆周均匀排布的圆形天线阵列。两种方向排列的矩形贴片天线阵列具有形同的圆心和半径，且两个矩形贴片天线阵列中具有相同结构的矩形贴片天线单元，两个天线阵列的阵元数目为N，N≥4。本发明采用结合矩形贴片天线阵列产生具有模式纯度高的涡旋波，且该天线阵列结构简单、原理易懂、维护方便，有利于提升涡旋波的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种产生高纯度涡旋波的矩形贴片天线阵列。

背景技术

携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum)的电磁波被称为涡旋波，涡旋波模式之间具有正交性，在无线通信领域具有巨大应用潜能。将不同模式的涡旋波作为正交子信道，并在每个子信道中都携带不同的信息，则可成倍的提升频谱容量，并且，理论上可以无限度的提升频谱容量。所以，学者们针对涡旋波的产生方法开展了大量工作。目前产生涡旋波的方法可大致分为三种，第一种是螺旋相位板，平面波穿透该螺旋相位板后，转变成涡旋波，见P.Schemmel,S.Maccalli,G.Pisano,et al.Three-dimensional measurements ofa millimeter wave orbital angular momentum vortex.Optics Letters,2014,39(3):626-629。第二种是腔体天线，利用谐振腔辐射涡旋波，见S.Zheng,X.Hui,X. Jin,etal.Transmission characteristics of a twisted radio wave based on circulartraveling-wave antenna.IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2015, 63(4):1530-1536。第三种是圆形天线阵列，通过设计天线阵列的不同馈电方法来产生模式不同的涡旋波，见J.Xu,M.Zhao,R.Zhang,et al.A wideband f-shaped microstripantenna.IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2017,16:829-832。

但是基于上述几种方法产生的涡旋波均携带多个冗余模式，造成涡旋波模式纯度不高的问题，从而影响涡旋波提升频谱容量的能力。因此，针对这个问题，设计一种辐射具有更高纯度涡旋波的天线阵列，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明给出了一种辐射高纯度涡旋波的矩形贴片天线阵列的设计方法与馈电方法，解决现有涡旋波模式纯度不高的问题。

本发明提供的一种产生高纯度涡旋波的矩形贴片天线阵列设计方法和馈电方法，包括X向排列的矩形贴片天线阵列、Y向排列的矩形贴片天线阵列、介质基板、接地板，其特征在于：

所述X向排列的矩形贴片天线阵列的N个天线单元在半径为R的圆周上均匀排布，每个矩形贴片天线单元的馈电端口为X1_n；

所述Y向排列的矩形贴片天线阵列的N个天线单元在半径为R的圆周上均匀排布，每个矩形贴片天线单元的馈电端口为Y1_n；

所述X向排列的矩形贴片天线阵列的单元数目和Y向排列的矩形贴片天线阵列的单元数目相同，均为N，且N≥4；

所述介质基板的材质为FR4，介电常数为4.3，厚度为1mm，介质基板的形状为正方形，边长为100mm；

所述接地板的材质为铜，形状与介质基板的形状相同。

所述X向排列的矩形贴片天线阵列和Y向排列的矩形贴片天线阵列中的天线单元具有相同的激励信号幅度。