[发明专利]一种具有汇聚功能的偏馈式涡旋波发生器

说明书

本发明涉及一种具有汇聚功能的偏馈式涡旋波发生器，它包括反射阵以及位于所述反射阵前方非正对区域的天线馈源；所述天线馈源用于向反射阵几何中心位置辐射球面电磁波，所述反射阵用于通过相位补偿的方式将天线馈源入射的球面波转化为汇聚涡旋波，并沿垂直反射阵的方向发射传播。本发明的优点在于：通过反射阵对入射的球面电磁波进行相位补偿实现了具有汇聚功能的汇聚涡旋波的发射；将天线馈源设置在反射阵的侧方，免除了天线馈源对辐射电磁波的遮挡，同时也避免了辐射电磁波对天线馈源的影响；且在反射阵前形成的焦点F能够对产生的涡旋波进行汇聚和电场增强的效果，且整体平面阵列结构简单。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种具有汇聚功能的偏馈式涡旋波发生器。

背景技术

在通信领域与存在且较成熟的复用方式有：频分复用、时分复用、码分复用和空分复用四种基本方式，每种复用方式都带来了使通信容量的飞速提高。但即便如此随着移动终端数量逐渐上升，信息呈现出爆炸式发展态势。为满足用户不断增长的移动数据业务需求，一种更高速、高效、智能的新一代无线移动通信技术的研究显得迫在眉睫，轨道角动量(OAM:orbital angular momentum，是描述电磁波横向旋转特性的参数)，是一种全新的物理机制，可能从一种新的维度来进一步加大系统容量以及频谱利用率。携带轨道角动量的电磁波称之为涡旋波。与之对应的涡旋电磁波技术作为一种新的复用技术“态分复用”，在无线通信中逐渐成为研究的热点。

到目前为止，用于产生携带轨道角动量涡旋波束的主要方法为阵列天线、全息板、旋转相位板和电磁反射阵结构。其中电磁反射阵结构相较于其他的方法有着体积小，剖面薄，易加工且无需复杂馈电网络的特点，并且能够产生OAM模式更纯的涡旋波束。已有的传统轨道角动量反射阵，通过设计反射阵中离散单元的几何结构，使其满足轨道角动量反射阵天线的相位补偿公式，产生具有螺旋形式连续变化的相位波前的涡旋电磁波。例如申请公布号为CN 105680162 A，名称为“轨道角动量多波束产生方法”的专利申请，以及申请公布号为CN 108539417 A，名称为“一种圆极化轨道角动量反射阵天线”的专利申请，各自分别公开了一种轨道角动量反射阵天线。

但是由于其馈电天线位于阵列正前方，馈源会对反射涡旋波的产生遮挡，导致产生的涡旋波纯度降低。并且产生的涡旋场无汇聚功能，场强较弱。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种具有汇聚功能的偏馈式涡旋波发生器，用于产生具有圆极化和轨道角动量双重特性的汇聚涡旋电磁波，其具有的偏馈和聚焦两个特点有助于进一步提高涡旋波的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种具有汇聚功能的偏馈式涡旋波发生器，它包括反射阵以及位于所述反射阵前方非正对区域的天线馈源；所述天线馈源用于向反射阵几何中心位置辐射球面电磁波，所述反射阵用于通过相位补偿的方式将天线馈源入射的球面波转化为汇聚涡旋波，并沿垂直反射阵的方向发射传播。

所述通过相位补偿的方式将天线馈源入射的球面波转化为汇聚涡旋波包括反射阵将入射的球面电磁波进行涡旋波相位补偿实现球面电磁波向涡旋波转换，和引入汇聚相位差实现将球面电磁波转化为汇聚涡旋波。

在所述引入汇聚的相位差实现将球面电磁波转化为汇聚涡旋波的过程中，会在以所述反射阵为xoy坐标面，在反射阵前方形成有一焦点F，焦点F的焦点坐标为(0，0，Zf)；焦点F对产生于焦点F与反射阵之间的涡旋波进行汇聚和场增强。

所述天线馈源为圆极化天线，其位于反射阵前方非正对区域的位置为天线馈源的投影位于反射阵一边的中点处，且天线馈源与反射阵垂直距离为d。

通过调节天线馈源与反射阵的垂直距离d的长短，对反射涡旋波的总能量进行调节；进而调节反射阵将球面电磁波转化为涡旋波的转化率，以及调节对反射阵的耦合影响。