[发明专利]新型OAM波束产生装置

说明书

本发明公开了一种新型OAM波束产生装置，包括第一基板、第二基板、接地板、N个辐射贴片和馈电网络，第一和第二基板为绝缘介质基板，接地板为导电介质接地板；第一基板背面、接地板和第二基板正面依次贴合；N个辐射贴片布置在第一基板正面，馈电网络布置在第二基板背面；N个辐射贴片组成N阵元圆形天线阵列，且N个辐射贴片的中心位置在同一圆周上，圆周的半径为谐振频率对应波长的0.35～0.8倍；辐射贴片为线极化天线；馈电网络输入端为信号输入端口，馈电网络输出端连接各辐射贴片。本发明减少了相移器的使用，降低了馈电网络的复杂程度，简化了馈电网络的设计。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种新型OAM波束产生装置。

背景技术

近年来，轨道角动量(OAM)波束引起了人们的广泛关注，因为它显示了在同一频率下同时传输多种信号的潜力，可用于提高频谱效率，从而提高信道容量。OAM波束的利用最初集中在光学区域，最近被提出在较低频率的无线电通信和雷达成像。

产生OAM波束的装置通常有两类：第一类是由平面波变换产生的OAM波束，如可变螺旋相位板等；第二类由相控均匀圆阵产生OAM波束，而相控均匀圆阵实质上就是N个天线单元排成圆形阵列，馈送相同幅度的信号，同时保证在天线单元之间存在连续的相位延迟其中整数l是OAM模式数。

但是，目前这些产生OAM波束的装置，为了在阵元间产生连续的相位延迟，需要在馈电网络中加入多个移相器，从而使得现有的装置在装置设计时相对复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单可靠、适用范围广的新型OAM波束产生装置。

本发明提供的这种新型OAM波束产生装置，包括第一基板、第二基板、接地板、N个辐射贴片和馈电网络，第一基板和第二基板为绝缘介质基板，接地板为导电介质接地板；第一基板的背面、接地板和第二基板的正面依次贴合；N个辐射贴片布置在第一基板的正面，馈电网络布置在第二基板的背面；N个辐射贴片组成N阵元的圆形天线阵列，且N个辐射贴片的中心位置在同一圆周上，所述圆周的半径为谐振频率所对应的波长的0.35～0.8倍；辐射贴片为线极化天线；馈电网络的输入端为信号输入端口，馈电网络的输出端分别连接各个辐射贴片，N为自然数。

辐射贴片的馈电方式为同轴线中心馈电。

所述的馈电网络为微带线馈电网络。

所述的微带线馈电网络上设置有若干处三角形切口，用于减小微带线在拐角处不连续所引起的反射和辐射。

所述的线极化天线的馈电为同轴线中心馈电。

所述的线极化天线为矩形辐射贴片，矩形辐射贴片上开有U型槽，U型槽所在的矩形的对称中心与矩形辐射贴片的对称中心重合，且U型槽的有效长度L满足如下公式：

式中L为U型槽的有效长度，λ_g为波导波长，c为真空中的光速，f₀为谐振频率，ε_eff为介质基片的有效介电常数且ε_r为介质基片的相对介电常数。

通过将所述的第1～第N个辐射贴片各自旋转角度X₁～X_N，并通过馈电网络补充馈送对应的额外相位，即可产生模式数为l的OAM波束，所述l为正整数，且所述辐射贴片按顺时针方向或者逆时针方向连续编号，N为辐射贴片的个数。

所述的旋转角度和对应的额外相位，具体为采用如下步骤进行计算：

(1)采用如下公式计算第i个辐射贴片的旋转角度(i＝1,2,3,...,N)：