[发明专利]一种具有轨道角动量性能的太赫兹圆极化片上天线

说明书

本发明属于无线通信中的天线领域，具体提供一种具有轨道角动量性能的太赫兹圆极化片上天线，用以在太赫兹频段实现片上天线的轨道角动量性能，使其能够辐射性能良好的圆极化OAM波束，进而提高片上天线的功能性和应用范围，并提出片上天线新的发展方向。本发明采用简并模分离的技术手段，通过八边环形贴片的分组设计以及馈电点匹配，使得八边环形贴片上激励起两个具有90°相位差的分离的简并模，进而产生具有螺旋相位波前结构的波束辐射，最终实现轨道角动量性能；将本发明具有轨道角动量性能的太赫兹圆极化片上天线应用在通信领域中能够有效提高信道容量和频谱效率，节省宝贵的频谱资源，进一步扩大了片上天线的应用范围。

技术领域

本发明属于无线通信中的天线领域，涉及片上天线技术，具体提供一种基于65nmCMOS工艺的应用于太赫兹频段的具有半模SIW八边环形贴片结构和介质谐振器的圆极化片上天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，低频段频谱已被大量占用，各领域对数据传输速率的要求也越来越高，使得通信和雷达行业在近几年逐渐转移向资源更广阔的毫米波频段、甚至是太赫兹频段发展；其中，太赫兹波具有能量小、高光谱分辨率以及穿透能力强等特性，在生物医学(人体芯片)、图像成形和无损检测等领域都有极大的发展空间。同时，由于太赫兹频段极其丰富的频谱资源，将成为第六代移动通信标准(6G)的首要选择频段，随着5G技术的成熟和应用，全球运营商及生产商纷纷对6G以及对应的太赫兹技术展开了方向性的研究和布局。另外，由于太赫兹波极小的波长，太赫兹天线的尺寸也将对应着减小，正好符合片上天线技术的应用场景；在太赫兹频段，片上天线足够小的尺寸能够大大减少天线所占用的芯片面积，有利于天线与射频前端的集成，去掉阻抗匹配网络并降低成本。目前，在太赫兹频段已经出现了将片上天线集成在电路内部的研究与设计；因此，片上天线技术的研究对于未来通信领域的发展具有重要意义。

对于紧缺的频谱资源，除了向更高频率发展以外，从电磁波的物理特性入手来实现信息传输方式的突破也是一个方向，轨道角动量(OAM)技术便是其中之一。与传统的信道复用技术不同，具有螺旋形相位波前的轨道角动量电磁波表达式中具有形如e^jlφ的相位因子，OAM模式数l可以作为载波的调制参数，将多路信号调制到携带有不同模式的正交的OAM波束上，可以实现以相同频率发射不同OAM模式编码的独立信道。理论上，由于轨道角动量可以拥有无穷维阶数，在固定的载频上可以实现无限数量的相互独立的轨道角动量信道；因此，如果OAM技术能够得到良好发展，可以有效提升频谱利用率，得到更大的信道容量和频谱效率以满足未来更高速通信网络的要求。然而，目前工业界和学术界几乎没有对于在片上天线上实现轨道角动量性能的研究；基于此，本发明提供一种具有轨道角动量性能的太赫兹圆极化片上天线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有轨道角动量性能的太赫兹圆极化片上天线，用以在太赫兹频段实现片上天线的轨道角动量性能，使其能够辐射性能良好的圆极化OAM波束，进而提高片上天线的功能性和应用范围，并提出片上天线新的发展方向。本发明提出的具有轨道角动量性能的太赫兹圆极化片上天线能够发射274.75GHz左右的圆极化轨道角动量电磁波，应用在通信领域中能够有效节约频谱资源，提高信道容量和频谱效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有轨道角动量性能的太赫兹圆极化片上天线，其特征在于，包括：从下往上依次层叠设置的硅衬底层1、二氧化硅层2及八边柱形介质谐振器3；所述二氧化硅层2中从下往上依次分隔设置有接地金属层4、馈电金属层5与辐射金属层6；

所述馈电金属层5为金属馈线；