[发明专利]三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法

权利要求书

1.一种三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法，其特征在于，所述三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法包括以下步骤：

步骤1，设计用于产生三自由度涡旋波束的左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元；

步骤2，基于左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元分别设计左旋圆极化涡旋波束圆环阵列和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列；

步骤3，基于左旋圆极化涡旋波束圆环阵列和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列生成三自由度圆环阵列涡旋波束；

当阵元极化为左旋圆极化时，若左旋圆极化涡旋波束圆环阵列中旋转角度模式数l₁≠0且左旋圆极化涡旋波束圆环阵列中激励相位模式数l₂≠0，阵列可以生成模式数为l₂-l₁的左旋圆极化涡旋波束；

当阵元极化为右旋圆极化时，若右旋圆极化涡旋波束圆环阵列中旋转角度模式数l₁′≠0和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列中激励相位模式数l₂′≠0，阵列可以生成模式数为l₁′+l₂′的右旋圆极化涡旋波束。

2.根据权利要求1所述三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法，其特征在于，在步骤1中，所述左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元均为具有倾斜对角缝隙的矩形贴片，两单元对角缝隙方向正交；

所述左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元均由F4B介质板组成，介电常数为ε_r＝2.65，电正切损耗为tanδ＝0.001，左旋圆极化单元的介质板长、宽、高分别g_a、g_b、h₁；所述右旋圆极化单元的介质板长、宽、高分别g_a、g_b、h₂；两单元所分布的圆环半径分别为r₁与r₂；所述金属结构材料均为铜，其电导率为σ＝5.8×107S/m，厚度为0.018mm；左旋圆极化单元的矩形辐射贴片的长和宽分别为a₁，b₁，对应的倾斜对角缝隙长宽分别为L₁+L₂，宽为w₁，倾斜角度为j₁，对应的馈线宽度为w₂；右旋圆极化单元矩形辐射贴片的长和宽分别为a₂，b₂，对应的倾斜对角缝隙长宽分别为L₃+L₄，宽为w₄，倾斜角度为j₂，对应的馈线宽度为w₅。

3.根据权利要求2所述三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法，其特征在于，在步骤1中，所述辐射贴片边长根据开路微带线边缘扩展长度ΔL分析公式以及矩形贴片天线谐振公式获取：

式中，ΔL为微带线边缘扩展长度，h为介质板厚度，ε_eff为有效相对介电常数，a为贴片长度，b为贴片宽度，f为中心频率，ε_r为介电常数，c为光速，λ_e为有效波长。

4.根据权利要求1所述三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法，其特征在于，在步骤2中，所述左旋圆极化涡旋波束圆环阵列和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列提取出三种自由度，包括第一个自由度为阵元极化，包括线极化与圆极化；第二个自由度为阵元排布方式；第三个自由度为馈电激励相位分布。