[发明专利]一种双频双极化多功能轨道角动量天线

说明书

本发明公开了一种双频双极化多功能轨道角动量天线，包括馈源、介质基板及金属地板，所述金属地板设置在介质基板的下方，介质基板上表面设置呈周期性排列的辐射单元构成电磁超表面，所述馈源设置在介质基板的上方，馈源照射电磁超表面并在馈源上方形成多个涡旋波束，所述辐射单元为环形结构，所述环形结构内嵌圆环，所述内嵌圆环带有枝节。本发明提供的双频双极化多功能轨道角动量天线，具有多功能的特点，即可产生多涡旋波束、多轨道角动量模式、多辐射方向，同时本发明具有平面化、单层结构、易加工、高增益、高口径效率的优点。

技术领域

本发明涉及微波天线领域，具体涉及一种双频双极化多功能轨道角动量天线。

背景技术

2019年6月6日，工信部向中国移动、联通、电信及广电发放了5G商用牌照，标志着中国正式步入了5G商用时代。伴随着用户设备的激增以及物联网等技术的快速发展，可利用的频谱资源变得愈发的紧缺，进一步的提升通信容量与频谱效率成为重中之重。此时，轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)技术作为一种新的复用技术，引起了人们极大的关注。由于具有螺旋相位分布的电磁波携带轨道角动量，且不同模态的涡旋波之间具有相互正交性，而理论上OAM模式可以取任意的实数，所以将OAM的每个模式都作为编码、传输和接收的独立信息通道，有望大幅提高系统的传输速率和容量。其中，电磁涡旋波的产生也成为重要的研究课题。

目前，在射频微波波段，常见的产生OAM涡旋波的方法有：螺旋相位板天线、圆形阵列天线、介质谐振器、环形行波天线、人工电磁超表面天线。螺旋相位板天线有着体积大、不易加工的缺点。圆形阵列通过需要复杂的馈电网络，介质谐振器及环形行波天线通常具有较低的增益，且形成的OAM模式单一。此时，人工电磁超表面由于具有易加工、增益高、可以任意调控电磁波等优点，引起了研究者的极大兴趣。

现阶段可形成OAM涡旋波的人工电磁超表面仅能工作在单一的频段，并且仅能形成单一涡旋波束。而具有多波束、多模式、多辐射方向的多功能轨道角动量天线在点对点通信、卫星通信中具有更广阔的应用前景。在目前的OAM天线中，少有设计可实现多功能涡旋波的形成。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提供一种双频双极化多功能轨道角动量天线，其能够工作在双频段，且可形成多波束、多模式、多辐射方向的多功能涡旋波束。

本发明所采用的技术方案如下：

一种双频双极化多功能轨道角动量天线，包括馈源、介质基板及金属地板，所述金属地板设置在介质基板的下方，介质基板上表面设置呈周期性排列的辐射单元构成电磁超表面，所述馈源设置在介质基板的上方，馈源照射电磁超表面并在馈源上方形成多个涡旋波束，所述辐射单元为环形结构，所述环形结构内嵌圆环，所述内嵌圆环带有枝节。

优选的，环形结构为对称形状，数量为一个，具体为方环或圆环

优选的，所述枝节为圆弧形或L型。

优选的，内嵌圆环的数量为2个以上。

优选的，所述馈源为喇叭天线或微带天线。

优选的，所述介质基板与金属地板之间设置空气层间隔。

优选的，呈周期性排列的辐射单元构成矩形、圆形及多边形结构。

优选的，辐射单元在不同位置的枝节长度与其在工作频率上产生该位置所需的相位有关。

优选的，带有枝节的嵌套圆环分别谐振于不同频率，且相互无耦合。

优选的，辐射单元的相位补偿公式为式中表示所述辐射单元的位置坐标，表示涡旋波束的方向，l表示产生的涡旋波的模式数，m表示波束的个数。

本发明的有益效果：