基于電磁渦旋波的新型多模態(tài)OAM陣列天線(xiàn)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)正處于飛速發(fā)展階段并廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中，移動(dòng)設(shè)備普及率及覆蓋范圍逐年上漲，改善通信系統(tǒng)性能并有效地提升系統(tǒng)容量以及頻譜利用率已然成為了該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容。在目前的研究成果中有多種技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其中軌道角動(dòng)量(orbital angular momentum，OAM)復(fù)用技術(shù)作為一項(xiàng)新型技術(shù)有著較為廣闊的發(fā)展前景和研究空間，并逐漸成為了電磁以及無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。
　　OAM復(fù)用

2、技術(shù)通過(guò)利用攜帶有不同OAM模態(tài)值的電磁渦旋波相互之間所具有的正交性，可以完成多路電磁渦旋波信號(hào)的同時(shí)、同頻編碼發(fā)送與傳輸而不會(huì)發(fā)生同頻干擾，從而達(dá)到復(fù)用傳輸?shù)哪康模湍壳暗难芯縼?lái)看是一種能夠提升系統(tǒng)信道容量以及其頻譜效率的有效方法。在研究電磁渦旋波相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)結(jié)合電磁渦旋波的產(chǎn)生方法、矩形微帶貼片天線(xiàn)輻射機(jī)理及設(shè)計(jì)方法、圓極化產(chǎn)生的相關(guān)理論、陣列設(shè)計(jì)理論以及陣列饋電方法等多種技術(shù)手段，將微帶貼片天線(xiàn)作為陣元沿著圓周以一定

3、的半徑做等距排列，使用高速射頻開(kāi)關(guān)產(chǎn)生饋電相位差，從而使陣列天線(xiàn)能夠產(chǎn)生并發(fā)射多種攜帶有OAM模態(tài)值的電磁渦旋波。
　　本文使用Ansoft HFSS軟件設(shè)計(jì)的幾款OAM陣列天線(xiàn)能夠較好的工作在5.3GHz免費(fèi)Wifi頻段、K波段以及ISM頻段中的Ku波段。根據(jù)電磁渦旋波的正交性，在本文陣列設(shè)計(jì)中將軌道角動(dòng)量與圓極化特性相結(jié)合，設(shè)計(jì)出可以發(fā)射具有OAM與圓極化雙重特性電磁波的OAM陣列天線(xiàn)，可以進(jìn)一步改善電磁渦旋波的輻射特性。針對(duì)

4、現(xiàn)有的研究中OAM陣列天線(xiàn)存在產(chǎn)生模態(tài)數(shù)較少的問(wèn)題，本文重新設(shè)計(jì)天線(xiàn)參數(shù)、改變陣元單元數(shù)量以及結(jié)構(gòu)布局，使OAM陣列能夠發(fā)射最多11種不同模態(tài)的電磁渦旋波，其OAM模態(tài)值分別為l=0，l=±1，l=±2，l=±3，l=±4，l=±5。除此之外，針對(duì)電磁渦旋波固有的主軸能量增益較低的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了新型雙環(huán)結(jié)構(gòu)天線(xiàn)改善天線(xiàn)性能，每環(huán)中陣元均饋入產(chǎn)生同種模態(tài)值的饋電相位時(shí)能夠有效增加天線(xiàn)的輻射主軸附近的能量和增益并改善了其方向性。本文設(shè)計(jì)的