[发明专利]一种旋转圆极化阵元产生OAM波束的圆形天线阵设计方法

权利要求书

1.一种旋转圆极化阵元产生OAM波束的圆形天线阵设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：依据设定的天线中心频率f，以及阵元中心频率处圆极化波的轴比小于3dB的要求，确定单个阵元的结构；

步骤2：将N个步骤1所确定的阵元沿圆周等间距排列成初始均匀圆形阵；

步骤3：对初始圆形阵中的所有阵元进行相同相位的馈电激励，并对所有阵元进行同向旋转，得到旋转后的圆形天线阵；

从顺时针方向看旋转后的圆形天线阵，任意前后相邻阵元之间的角度差为Δφ＝2πi/N，其中，i为整数，且|i|<N/2；i取正值时表示所有阵元顺时针旋转，i取负值时表示所有阵元逆时针旋转；

步骤4：调节旋转后的圆形天线阵所在圆周的半径，使得旋转后的圆形天线阵的场相位图呈现螺旋相位波前，产生OAM波束，得到最终的圆形天线阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3得到的旋转后的圆形天线阵所在的圆周半径的取值范围为0.4λ-λ，其中，λ为单个阵元的中心工作频率对应的波长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的阵元采用矩形微带贴片天线，馈电形式为单点馈电或正交双馈；

所述矩形微带贴片天线的结构中的贴片尺寸以及馈电点位置按以下过程确定：

首先，根据给定的天线中心频率f，并结合所选的介质基板的厚度h和相对介电常数ε_r，计算矩形微带贴片天线的初始尺寸：

W=c2f(ϵr+12)-12,L=c2fϵe-2Δl]]>

其中，W和L分别为矩形微带贴片天线的宽度和长度，c为光速，ε_e和Δl分别是矩形微带贴片天线的等效介电常数和等效辐射缝隙长度；

Δlh=0.412(ϵe+0.3)(W/h+0.264)(ϵe-0.258)(W/h+0.8),ϵe=ϵr+12+ϵr-12(1+12hW)-12]]>

然后，利用介质基板参数和矩形微带贴片天线的初始尺寸，估算产生圆极化波的阵元馈电点位置，并基于矩形微带贴片天线的初始尺寸和估算的阵元馈电点位置确定阵元尺寸和馈电点位置仿真范围；

最后，将介质基板参数、矩形微带贴片天线的初始尺寸以及估算得到的阵元馈电点位置输入电磁场仿真软件中，基于矩形微带贴片天线初始尺寸确定阵元尺寸仿真范围，采用电磁场仿真软件的优化设计功能在阵元尺寸和馈电点位置仿真范围中对阵元尺寸和馈电点位置进行优化，选取轴比带宽最宽的阵元。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，若单个阵元产生右旋圆极化波，所述最终的圆形天线阵产生的OAM波束模式数l＝i；若单个阵元产生左旋圆极化波，所述最终的圆形天线阵产生的OAM波束模式数l＝-i。