[发明专利]高增益八模态涡旋电磁波反射面天线的波束汇聚设计方法

说明书

本发明提出了一种高增益八模态涡旋电磁波反射面天线的波束汇聚设计方法，天线结构主要包括：反射面1、反射面支撑架2、±1和±2阶涡旋电磁波馈源3、±3和±4阶涡旋电磁波馈源4和双馈源连接支架5；反射面支撑架2在反射面1后端，通过螺钉6和反射面1固定，用于支撑反射面。±1和±2阶涡旋电磁波馈源3、±3和±4阶涡旋电磁波馈源4分别产生模态阶数为±1和±2、±3和±4的涡旋波束，连接支架5一端通过螺钉7和反射面1固定，另一端分别和两个馈源分别通过螺钉8，9固定连接，用于支撑两个馈源。本发明提出反射面的等效涡旋源分析方法和双馈源结构，实现了八模态涡旋波束的调控和汇聚，为远距离同时复用多模态涡旋电磁波通信提供了一种解决方案。

技术领域

本发明涉及一种天线设计，具体地，涉及一种高增益八模态涡旋电磁波反射面天线的波束汇聚设计方法。

背景技术

现有微波通信、雷达等信息传输与探测系统均是基于平面电磁波为传输载体，随着通信技术在码域、频域、时域和空域等方面的深度挖掘，逐渐接近理论的容量上限，以及频谱资源的日渐紧张，探索通信领域新维度，拓展现有的信道容量，提升信息的传输速率成为了未来通信发展的一个重点。

涡旋电磁波相较于平面电磁波，其等相位面以涡旋状传播，即各模态涡旋波束具有不同的相位分布特性，相当于携带了一种特殊的维度。利用多模态的相位维度可大大提升信道的通信容量。

涡旋电磁波天线是产生涡旋电磁波及实现其应用的基础。现有实现涡旋电磁波的产生方法有很多种，如基于涡旋相位板的天线、螺旋反射面、环形阵列天线等，但上述这些方法产生的涡旋电磁波模态数目都比较有限，且多模态的波束指向存在不同，很难适用于点对点多模态的通信应用。浙江大学提出基于环形开缝波导实现全向性涡旋电磁波波束，该方法可有效解决波束指向问题，由于其全向辐射，导致其天线的增益系数普遍比较低。(Fang L,Yao Y,Henderson R M.OAM antenna arrays at E-band[C].2017 IEEE MTT-SInternational Microwave Symposium(IMS).IEEE,2017:658-661)。本发明提出反射面的等效涡旋源分析方法和双馈源结构，实现了八模态涡旋波束的调控和汇聚，为远距离同时复用多模态涡旋电磁波通信提供了一种解决方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高增益八模态涡旋电磁波反射面天线的波束汇聚设计方法。

根据本发明提供的一种高增益八模态涡旋电磁波反射面天线，如图3所示，所述天线架构包括：反射面、反射面支撑架、±1和±2阶涡旋电磁波馈源、±3和±4阶涡旋电磁波馈源和双馈源连接支架；反射面支撑架在反射面后端，通过螺钉和反射面固定，用于支撑反射面；

±1和±2阶涡旋电磁波馈源、±3和±4阶涡旋电磁波馈源分别产生模态阶数为±1和±2、±3和±4的涡旋波束，连接支架一端通过螺钉和反射面固定，另一端分别和两个馈源通过螺钉固定连接，用于支撑两个馈源。

根据本发明提供的一种高增益八模态涡旋电磁波反射面天线的波束汇聚设计方法，包括：

步骤S1：依据多模态涡旋电磁波的目标波束汇聚要求，利用等效涡旋源分析法获得反射面各模态的有效反射区域；

步骤S2：依此确定反射面尺寸和形状，并对馈源波束进行约定，从而实现各模态波束的调控与汇聚设计。

优选地，所述步骤S1：