[发明专利]基于频率选择表面的OAM天线暗区缩小方法

说明书

本发明公开了一种基于频率选择表面的OAM天线暗区缩小方法，该方法是在OAM天线上方加载二维带通频率选择表面，以改善天线的远场特性；当电磁波入射时，频率选择表面的角度稳定性使得OAM波的各个方向的非均匀平面波分量得到过滤；这种方法在重塑OAM波形的同时，也会改变天线的带宽、增益等远场特性，而这些特性可以通过调整频率选择表面的几何结构、排布方式以及物理参数来改变。本发明通过分析频率选择表面的各项参数对这些特性的影响，设计每项参数的调整方案，最终得到暗区显著缩小的高增益天线。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于频率选择表面的OAM天线暗区缩小方法。

背景技术

随着高速信息时代的到来，开发高频段毫米波通信技术可以极大地缓解频谱紧缺。目前已经应用码分复用(CDM)、时分复用(TDM)、极化复用(PDM)、正交频分复用(OFDM)以及多输入多输出(MIMO)等技术去解决频谱资源短缺的问题，但这些技术的应用依旧难以满足未来通信更高速率、更高带宽的发展趋势。因此，寻找其他新维度的复用技术来提高频谱利用率已成为大势所趋。

轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)在无线电通信系统中可以作为一种新的调制方式。基于OAM复用的通信技术可以实现在同一带宽内并行传输多路携带信息的OAM涡旋电磁波，能够大大提高频谱的利用率。OAM在光学中已经被广泛应用，通过引入OAM，光通信系统的传输能力得到很大程度的提升。要想将OAM这种新的调制技术应用于微波段，其前提是能够获得高质量的OAM波束。因此，探索并设计小暗区的高增益OAM天线对OAM技术的在微波射频领域的实际应用具有重要意义。

由于OAM波束是中空的，中间区域即暗区的场强很弱，且随着传播距离的增加，暗区会变得更大，这使得如何接收OAM波成为一个难题。目前接收OAM波方法有如下几种：两点法、相位梯度法，虽然在单个OAM模式接收检测中很方便，但不能在多个OAM模式接收中使用；部分角孔径接收(PAAR)法和部分孔径采样接收(PASR)法，不能有效地计算出OAM模式频谱利用率；可变尺度孔径采样接收(VSASR)方法，正交性略有损坏，并且还存在其他一些串扰OAM模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于频率选择表面的OAM天线暗区缩小方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于频率选择表面的OAM天线暗区缩小方法，包括以下步骤：

S1、设计单层单面带通频率选择表面，其整体尺寸等于天线接地平面尺寸，其通带带宽要覆盖OAM天线本身的通带带宽；

S2、将频率选择表面加载到OAM天线上，根据Fabry-Perot谐振腔理论，设置FSS与OAM天线之间的距离；

S3、改变频率选择表面衬底的介电常数，建立其与OAM天线非零模态暗区的凹函数曲线，找到其最低点即为天线暗区最小点；

S4、根据频率选择表面介质基板厚度与入射角频偏曲线推导出关系公式y＝0.054+0.046*sin(π*(x+0.74)/3.85)，其中x为频率选择表面的介质基板厚度，y为入射角60°时的中心频率相对于入射角0°时中心频率的偏移差，使其在入射角60°时中心频偏最小，即角度稳定性达到最佳。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)传统接收方法的不足根本原因是由于无法完全接收波束发散现象严重的OAM波，而本发明提出的方法可以减小发散角，即缩小暗区面积，使得完全接收OAM波成为了可能；(2)本发明的缩小暗区的方法将OAM天线和频率选择表面相结合，可根据OAM天线实际应用需求来加载不同的频率选择表面，其优点是可以一直保持高增益和小暗区的特点；(3)该方法对于接收OAM波以及提高天线传输质量具有很强的实用性。

附图说明

图1是本发明基于频率选择表面的OAM天线暗区缩小方法流程图。

图2是本发明实施例中的天线结构图。