[发明专利]一种OAM涡旋电磁波轨道平面全向辐射的实现装置

说明书

本发明提出了一种OAM涡旋电磁波轨道平面全向辐射的实现装置，用于解决现有技术中存在的分布于轨道平面内定向辐射的OAM波束辐射方向存在死角的技术问题，包括透镜和馈源，所述透镜，由高度相等且半径由里向外依次增大的M个圆形喇叭状介质板层叠而成，其底端大，顶端小或封闭，M2；所述圆形喇叭状介质板由自上而下半径依次增大的N个介质环拼接而成，N3；M×N个介质环的等效介电常数呈现由底端到顶端逐渐减小的梯度变化；每个介质环由不同数量的内部镂空且外形近似六面体结构的介质单元拼接而成。最终实现了OAM涡旋电磁波经过透镜的转换后，其波束在轨道平面上全向辐射。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种OAM涡旋电磁波轨道平面全向辐射的实现装置，可用于无线通信技术领域。

背景技术

轨道角动量OAM涡旋电磁波，在增加传输带宽方面的优点使其在无线通信领域中可以实现频带资源的高效利用。以馈源为球心建立球坐标系，OAM涡旋电磁波波束中心呈现凹陷的倒锥形，这一倒锥形的波束关于馈源辐射表面上的中心法线对称，波束主瓣的辐射方向为25°到45°的方向，波束集中分布于仰角为15°到55°的两个倒圆锥面所包围的空间内，波束辐射具有定向性的特点。借助这一特点，现有技术中通过各种方法收拢波束主瓣的辐射仰角，使波束集中分布于仰角小于10°的倒圆锥面所包围的空间内。通过这种减小发散角度改善OAM波束固有发散特性的方法，解决了OAM涡旋电磁波在无线传输中，随着传输距离的增大，环形波束半径增大导致的能量扩散现象，间接提高了波束远距离传输的能力。

随着无线通信接收设备对OAM波束辐射角度范围提出更高的要求，对波束辐射方向和波束辐射平面的需求也都是多样化的。OAM波束固有的非轨道平面的辐射方向使其无法满足无线通信接收设备无死角接收OAM波束的需求，这也使得其应用到无线通信技术邻域受到极大的限制。

施丽铮、陈丽玲等人在其发表的论文“Realization of Beam Steering Based onPlane Spiral Orbital Angular Momentum Wave”(IEEE Transactions on Antennas andPropagation 10.1109/TAP.2017.2786297 1558-2221 2018年3月)中，公开了一种OAM涡旋电磁波波束轨道平面辐射的装置。该装置包括圆形缝隙天线、环形喇叭和馈源三种结构。圆形缝隙天线采用横截面为“工”字形并填充介电材料的均匀介质结构，底部正交位置处留有两个馈电端口。环形喇叭采用环内径与圆形缝隙天线半径相同的铁氧磁体金属结构，其喇叭开口和圆槽均位于轨道平面内且关于横向中轴线对称。环形喇叭的环内嵌入圆形缝隙天线，在横截面为“工”字形的空间构成谐振腔。馈源包括矢量分析仪、功率分配器、移相器和混合耦合器等4个器件，矢量分析仪产生的两路信号，经过功率分配和移相后，由混合耦合器将相位相差90°的两路本征模式信号传输至圆形缝隙天线的两个馈电端口。该装置先由圆性缝隙天线产生OAM涡旋电磁波；再经圆形缝隙天线与环形喇叭之间的谐振腔对波束进行偏转，使得OAM波束集中分布于轨道平面内；借助馈源输出的两路本征模式信号对不同本征模式数的OAM涡旋电磁波进行波束叠加和波束能量聚焦，使得OAM波束以高度定向的方式进行辐射。该装置的优点是通过环形喇叭开口位于轨道平面的特点结合圆形缝隙天线与环形喇叭之间的谐振腔，实现OAM波束的偏转，使得OAM波束集中分布于轨道平面内。

但是，该装置仍然存在的不足之处是：经混合耦合器辐射出的OAM波束，虽然波束可集中分布在轨道平面内，但是波束辐射方向具有高度定向性的特点，其表征波束辐射方向的方位角小于90°，使得波束无法实现360°全方位角的全向辐射。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种OAM涡旋电磁波轨道平面全向辐射的实现装置，用于解决现有技术中存在的分布于轨道平面内定向辐射的OAM波束辐射方向存在死角的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：透镜1和馈源2，其中：