[发明专利]一种圆极化PSOAM阵列天线、控制方法、无线通信系统

说明书

本发明属于天线技术领域，公开了一种圆极化PSOAM阵列天线、控制方法、无线通信系统，圆极化PSOAM阵列天线采用天馈一体化，由一块介质基板和一根同轴线馈电线缆组成；其中，在介质板上表面，沿着特定半径的圆均匀分布着8个阵列单元；在介质板下表面，印刷有9端口的Wilkinson功分馈电网络。介质基板上表面分布着八个相同的阵列单元，阵列单元天线包括四个弯折单极子，四个L型微带线和用于馈电的十字交叉微带线以及用于阻抗匹配的圆形金属片。弯折单极子是将铜柱弯折90°来代替单极子。本发明解决了PSOAM天线极化单一的问题，并实现了PSOAM阵列天线的小型化。

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种圆极化PSOAM阵列天线、控制方法、无线通信系统。

背景技术

目前，OAM在提供独特自由度的同时，还携有制约其实用的特性，其中包括相位奇点和波束分叉角，为了解决OAM波束在传播中遇到的问题，PSOAM天线应运而生。然而目前PSOAM天线的研究仍处于方法探索阶段，大部分现有天线剖面较高，极化方式的实用性和功能性不强，这对PSOAM天线与无线通信系统的兼容带来挑战。目前PSOAM天线均为线极化，极化方式的实用性较弱。在天线信号的发射和接收中，必须综合考虑其极化角度来摆放天线的位置，避免因极化失配而引起极化损耗。而环形阵列是实现PSOAM波束的常用方式之一，其原理易懂，结构简单，阵列天线的多样性和功能性取决于单元天线的种类。因此，设计一种具有圆极化特性的PSOAM阵列天线极具价值。

现有技术如下：

文献“Jin,Xiaofeng,Zhang,et al.Generation ofplane spiral OAM wavesusing traveling-wave circular slot antenna[J].IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,2016,16:8-11.”采用行波金属谐振腔来产生OAM波束，而后，通过在金属谐振腔外围开一圈环形喇叭槽线来使波束能量聚集到水平面方向，即可实现PSOAM波束。这种天线的OAM模数纯度高，但尺寸较大不利于多模态的叠加。同时，该天线的全向边射方向图不圆度较大，仍需对其进行优化才能满足实用条件。

文献“Hua L,Zheng S,Yu X,et al.Transformation of OAM Waves to PlaneSpiral OAM Waves Based on Gradient-Index Meta-Surface[C]//2018Asia-PacificMicrowave Conference(APMC).IEEE,2018:120-122.”采用置于超表面中间区域的介质谐振器来产生OAM波束，而加载在谐振器四周的超表面通过特定的亚波长结构单元及排列方式来使OAM波束沿着超表面所在平面传播。该天线存在尺寸较大，阻抗带宽较窄，3dB波束宽度较小，超表面设计复杂的缺点。同时，该天线设计并未制作实物，难以验证方法的可行性。

文献“Dong R,Chen Y,Zheng S,et al.Generation ofplane spiral orbitalangular momentum microwave with ring dielectric resonator antenna[C]//2017Sixth Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation(APCAP).IEEE,2017:1-3.”采用介质谐振器产生OAM波束，通过向介质谐振器中填充高介电常数的介质来大幅地缩小天线尺寸。该天线达到了较好的小型化水平，同时产生的模态纯度较高，但因电尺寸太小而导致其辐射效率和增益严重受限。