毫米波軌道角動量反射陣天線的研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，如今的通信信道已經(jīng)越來越擁擠。而利用電磁波的軌道角動量（OAM）進(jìn)行通信被看作是潛在的提高信道容量的新方法。反射陣天線憑借其陣面相位可任意設(shè)計的特點，能非常有效地生成OAM電磁波。本文采用先理論分析隨后結(jié)合實驗的方法，對設(shè)計OAM反射陣天線展開研究和分析，具體包括以下兩部分：
　　一、高增益OAM反射陣天線的研究。其中包括：
　?。?）研究了OAM電磁波的物理特性并分析OAM電磁波的外在表現(xiàn)形式。通過理論分析

2、，結(jié)合反射陣天線的設(shè)計方法，研究OAM反射陣天線的陣面相位分布。結(jié)合反射陣天線的設(shè)計方法，研究OAM反射陣天線的陣面相位分布，并分析了反射陣天線參數(shù)對OAM電磁波的主要影響，為后面的設(shè)計打下基礎(chǔ)。
　?。?）研究了高效率折疊式OAM反射陣天線。通過采用折疊式反射陣天線的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋪砀纳苽鹘y(tǒng)空饋OAM天線剖面高、效率低的問題。為了實現(xiàn)這一拓?fù)?，本文提出了一種新的高效率高極化隔離度偶極子天線單元。該單元由于引入了多諧振結(jié)構(gòu)以及耦合電流消

3、除結(jié)構(gòu)，能解決其他文獻(xiàn)中天線單元存在的相移范圍和極化隔離度難同時達(dá)到的問題。通過合理設(shè)計后，本文提出的新單元能同時在獲得大相移范圍的情況下保持極高的極化隔離度（相位抖動<5°）。利用該天線單元，本文設(shè)計的OAM天線能在簡單的工藝，更小的體積下保持高增益、高效率、高OAM模式純度。
　?。?）研究了四模式半口徑復(fù)用OAM反射陣天線的設(shè)計方法。如何利用天線產(chǎn)生多個模式的OAM電磁波是利用OAM復(fù)用通信的關(guān)鍵問題。為了達(dá)到這一目標(biāo)，本文

4、提出了一種半口徑復(fù)用的OAM天線拓?fù)?。該結(jié)構(gòu)中不同OAM模式由四個不同的矩形口徑（四個矩形口徑相互交疊）生成。同時，對橢圓口徑OAM電磁波的模式以及正交性進(jìn)行了理論分析來證明該拓?fù)涞挠行?。最后測試表明，該四模式半口徑復(fù)用OAM反射陣天線能產(chǎn)生四種橢圓OAM電磁波，且不同模式之間的隔離度大于20dB。
　　二、寬帶高增益OAM反射陣天線的研究。其中包括：
　　（1）寬帶大口徑反射陣天線的研究。作為研究基礎(chǔ)，要實現(xiàn)寬帶OAM反

5、射陣首先應(yīng)使搭載OAM電磁波的反射陣天線能工作在寬帶模式，其次要保證OAM模式在一定帶寬內(nèi)不畸變。為達(dá)到這種效果，我們提出了一種新的設(shè)計方法，該設(shè)計方法能讓天線陣面跟蹤頻率的變化，使整個陣面在寬頻帶內(nèi)保持良好的相位補(bǔ)償。為了驗證這一方法，本文設(shè)計并制造了一款口徑為32.48λ28GHz的單層大口徑反射陣天線。該天線的峰值增益為36.1dBi，1.5dB帶寬為26GHz～33.3GHz（24.6％）。對比同等口徑的反射陣天線，該天線能將7

6、％的帶寬提高到24.6％。
　　（2）研究了寬帶OAM反射陣天線。由于傳統(tǒng)OAM天線都是基于點頻設(shè)計的，當(dāng)天線的工作頻率發(fā)生偏移，其產(chǎn)生的OAM電磁波的模式純度會嚴(yán)重惡化。為了解決這一問題，利用單元諧振點插入法來設(shè)計OAM反射陣。利用該方法設(shè)計的反射陣天線能在整個頻帶內(nèi)對陣面的相位補(bǔ)償進(jìn)行跟蹤，從而在頻帶內(nèi)保持良好的相位補(bǔ)償。本文設(shè)計了一款寬帶OAM反射陣天線。利用該方法設(shè)計的寬帶OAM反射陣天線能在28GHz～34GHz的頻帶內(nèi)