[发明专利]一种双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线

说明书

本发明公开了一种双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线，该阵列天线由多个移相单元和铜块排列组成正方形的阵列相位板；所述的铜块包括位于阵列相位板的四角的铜块角单元和位于阵列相位板中部的铜块中心单元，阵列相位板的其余部分均为移相单元，且移相单元围绕铜块中心单元设置；所述移相单元包括一介质层，介质层上设有呈双螺旋结构的铜棒；所述铜棒的高度一致；所述铜棒的螺距为3≦a≦11，且铜棒的螺距随逆时针围绕铜块中心单元的移相单元而依次变小。本发明具有非常优越的入射波透射涡旋效果，透射效率可以达到70％以上，在能量传输上具有更大的传输效率。

技术领域

本发明涉及一种双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线，属于通信领域。

背景技术

电磁波的角动量包含自旋角动量和轨道角动量。轨道角动量(OAM)作为物理学一个重要物理量，自1992年被Allen等人证实后迅速推动了非线性光学、量子光学、原子光学和天文学等多个学科的新发展。与自旋角动量不同，轨道角动量与螺旋形相位波前联系在一起，理论上可取值无穷且彼此正交。携带轨道角动量的电磁波与普通平面波不同，它的波束中心强度为零，相位波前呈现螺旋状的特性，也被称为涡旋电磁波。涡旋电磁波以模态数m来表示其相位波前的旋转程度，理论上涡旋电磁波的模态数m有无限多个，且不同模态之间具有正交性，利用涡旋电磁波的这一特性，可以极大地提高通信系统的频谱利用率和通信容量。目前用天线阵列设计来产生涡旋波束将是一种比较可行的方法，阵列天线是一类通过调控各阵列单元辐射强度、相位延迟来进行波束扫描的阵列天线，具有探测距离远、调节速度快等优点。现有技术方案可以通过螺旋结构的单元结构实现各个单元之间的相位差以形成涡旋电磁波，但其需要精确的将单元结构排列成螺旋状，使得其生产制造比较麻烦；而且电磁波波束会有较大的扩散效果，这一扩散效果导致了天线波束增益的降低，降低了电磁波的涡旋效果，对与无线通信极为不利。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线。本发明具有非常优越的入射波透射涡旋效果，透射效率可以达到70％以上，在能量传输上具有更大的传输效率。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线，该阵列天线由多个移相单元和铜块排列组成正方形的阵列相位板；所述的铜块包括位于阵列相位板的四角的铜块角单元和位于阵列相位板中部的铜块中心单元，阵列相位板的其余部分均为移相单元，且移相单元围绕铜块中心单元设置；所述移相单元包括一介质层，介质层上设有呈双螺旋结构的铜棒；所述铜棒的高度一致；所述铜棒的螺距为3≦a≦11mm，且铜棒的螺距随逆时针围绕铜块中心单元的移相单元而依次变小。

上述的双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线，所述介质层的长宽均为4mm，介质层的厚度为2mm，介质层的介电常数为2.2。

前述的双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线，所述铜块的厚度与介质层的厚度相等。

前述的双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线，所述铜棒的长度为51mm，铜棒的一端有1mm设置在介质层内，且从介质层的表面铜棒末端的长度为50mm；所述铜棒的截面直径为1mm。

前述的双螺旋移相单元的涡旋形阵列天线，所述移相单元的数量为8个；所述铜棒的螺距随逆时针围绕铜块中心单元的移相单元而依次变小，分别为10.3566mm、10.0988mm、9.80444mm、6.2mm、5.66667mm、5.15mm、4.38889mm、4mm。