[发明专利]一种用于产生OAM波的环形缝隙天线有效

专利信息
申请号: 201610853850.5 申请日: 2016-09-27
公开(公告)号: CN106329105B 公开(公告)日: 2017-09-12
发明(设计)人: 桂良启;张思贤;江月;刘丹丹 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: H01Q1/38 分类号: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q7/00;H01Q13/10;H01Q19/10
代理公司: 华中科技大学专利中心42201 代理人: 赵伟
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 产生 oam 环形 缝隙 天线
【说明书】:

技术领域

本发明属于天线技术领域,更具体地,涉及一种用于产生OAM波的环形缝隙天线。

背景技术

随着电子和通信技术的迅速发展,对带宽的需求不断提高,而频率资源有限。Allen等人提出利用轨道角动量(OAM)来扩大通信信道容量。OAM波最先被应用在光通信领域,但是由于光通信的波长比无线电通信的波长要短很多,所以高质量的透镜、全息干板、螺旋相位板和分路器在光通信领域可以用来产生OAM波,而在无线电通信领域由于波长太长的缘故则难以实现。

现有技术中,在毫米波范围内,可以采用螺旋相位板天线来产生OAM波,能较好地解决较高频段(比如毫米波段)的OAM产生问题。在无线通信的低频段(厘米波段),采用改进的抛物面天线、天线阵列来产生OAM波;但改进的抛物面天线为立体天线,制作工艺复杂,体积大不易使用;而且天线阵列结构较为复杂,其非平面化的结构不易集成,不利于使用;申请号为201610078089.2的专利公开了一种产生OAM波的单极子天线阵列,该单极子天线阵列采用的单极子天线物理长度固定为波长的1/4;其缺陷在于:随着接收信号工作频率的变化,需改变单极子天线物理长度;不能灵活的自适应接收信号工作频率的变化。

发明内容

本发明提供了一种用于产生OAM波的环形缝隙天线,其目的在于解决现有用于产生OAM波的天线的工艺、结构复杂,不易集成的技术问题。

为实现本发明目的,按照本发明的一个方面,提供了一种环形缝隙天线,包括介质基板、矩形金属贴片阵列和环形缝隙金属板;

其中,环形缝隙金属板设置在介质基板的正面,矩形金属贴片阵列的I个矩形金属贴片均匀分布在介质基板背面与环形缝隙正对的位置;矩形金属贴片的长度大于环形缝隙宽度;其中,I为正整数。

优选的,上述环形缝隙天线,还包括馈电电路;馈电电路由金属材料印制在介质基板的下表面,且分布在与环形缝隙金属板的环形缝隙内半径为R1的圆形金属板对应的下方区域,并将该圆形金属板作为接地面,构成微带电路;

馈电电路包括功率分配器和多个不同长度的微带线;其中,功率分配器用于把输入信号分成两个幅度相等的输出信号,多个不同长度的微带线用于实现相位变换。

优选的,上述环形缝隙天线,其馈电电路具有N个输出端口;这N个输出端口等间隔地均匀分布在半径为R1的圆周上,各输出端口与各矩形金属贴片对应、且与所对应的矩形金属贴片相连;其中,N为大于1的正整数;

该馈电电路用于根据接收到的信号在这N个输出端口处产生功率相同且相邻端口之间相位差为2πk/N的N路相位延迟信号;将这N路相位延迟信号从各端口分配给环形缝隙天线;环形缝隙天线根据接收到的相位延迟信号在垂直于天线的平面内产生模式数为k的涡旋电磁波。

优选的,上述环形缝隙天线,还包括金属反射板;金属反射板位于馈电电路的下方,与馈电电路之间的间距为h,用于反射环形缝隙天线下方的电场,以增强正向电场值,且改善环形缝隙天线的方向性。

总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:

(1)本发明提供的用于产生OAM波的环形缝隙天线,为平面型的电路板结构;与抛物面天线、螺旋相位板天线相比,结构简单,易于制作与集成;

(2)本发明提供的用于产生OAM波的环形缝隙天线与现有技术中产生OAM波的单极子天线阵列相比,其矩形金属贴片的长度l大于环形缝隙宽度w即可;由于矩形金属贴片的长度减小,由此可进一步减小天线尺寸;

(3)本发明提供的用于产生OAM波的环形缝隙天线,其优选方案中集成了1路分N路的馈电电路,解决了给环形缝隙天线馈电的问题;

(4)本发明提供的用于产生OAM波的环形缝隙天线,可通过调整矩形金属贴片阵列的矩形金属贴片的数量,以及其对应的馈电电路达到产生多种模式的涡旋电磁波的目的。

附图说明

图1(A)为本发明实施例提供的环形缝隙天线的侧视图;

图1(B)为图1(A)的俯视图;

图1(C)为图1(A)的仰视图;

图1(D)为图1(B)中馈电网络的放大图;

图1(E)为实施例的天线传播正方向上的某一平面电场;

在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:

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