新型平面轨道角动量天线及辐射特性研究

发布时间：2021-08-28 06:58

　　近年来,由于快速发展的通讯技术以及持续增长的通信业务,短缺的频谱资源已经很难满足各种应用场景,在这样的背景下,具有螺旋状相位波前的轨道角动量电磁波由于潜在的信道复用能力逐渐引起国内外学者的关注。利用携带不同模式的OAM波束之间的正交性,可以在确定频率上对OAM波束进行调制,实现多路信号的同时传输,从而提高系统的频谱利用率和信道容量,为无线电频带拥塞问题提供一种新的解决方案。轨道角动量天线是发射和接收OAM电磁波不可或缺的装置,其中,具有平面结构的OAM天线能很好地与通信系统中其他模块集成,也适用于批量生产,能满足集成化和小型化的要求。本文将经典的天线理论与现有的OAM天线技术结合,提出了3种平面结构的OAM天线,进一步提高了轨道角动量天线设计上的自由度以及应用中的灵活性。首先阐述了轨道角动量相关理论,对无线电领域OAM波束的主要产生方式进行了介绍和总结,为平面结构的OAM天线设计奠定了基础。针对传统OAM天线模式单一的问题,提出了基于平面等角螺旋的OAM天线。通过对提出的天线结构设置等幅、不同的连续相差馈电,可以实现在不改变天线结构的前提下,能在5.8GHz处利用平面四臂以及六臂等角螺... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同模式的OAM波束

?缱涌萍即笱У腦ingyuLei等人提出一种单层的具有400°宽相位覆盖的反射阵列单元[15]，并能实现较好的极化隔离，利用该单元设计的反射阵列能在32GHz频率处产生l1的OAM波束。2017年，清华大学的ChangjiangDeng等人提出一种基于均匀圆形阵列的涡旋电磁波发射和测量动态配置方案[16]，通过数字方法实现了对OAM模态的调控。2018年，西安电子科技大学的LeKang等人提出一种基于均匀圆形阵列的模式可重构天线[17]，通过应用一组参考相位简化了阵列的馈电方案，并利用提出的辐射器和馈电网络实现了可重构性所需的激励相位，其结构如图1-2所示。图1-2模式可重构OAM圆形阵列1.3本文的研究内容通过对射频域OAM研究进展的分析，并对比现有的OAM波束产生方法，可以看出，对于螺旋相位板、反射以及透射型超表面等结构，都存在体积较大，不利于集成化、小型化，且OAM模式单一的问题，改变相应的模式需要改变对应的结构设计，不利于模式复用。而圆形阵列以及谐振腔结构，虽然能以低剖面的结构设计，但在实现多模辐射时，也存在馈电系统复杂等问题。针对现有的轨道角动量天线设计中存在的问题，本文将对提出的平面OAM天线进行输入特性以及辐射特性方面的研究和探讨，具体内容如下：（1）基于传统的平面四臂等角螺旋天线设计完成了一款工作于5.8GHz频率的新型多模平面OAM天线，以实现在不改变天线结构的前提下，通过不同的馈电

电子科技大学硕士学位论文6第二章轨道角动量理论及产生方式2.1轨道角动量理论基础轨道角动量相关概念自光学领域提出，而后发展到电磁学中又提出电磁涡旋的概念，角动量也是经典力学和量子力学中的基本物理量。经典电磁学中指出，电磁场作为一种特殊物质，具有能量和动量，而能量又可以进一步分为电场以及磁场能量，动量分为线性动量和角动量。角动量可以根据转动的方式分为自旋和轨道两部分，即自旋角动量（Spinangularmomentum，SAM）和轨道角动量，其中，SAM与电磁波在传播过程中场的极化状态有关，而OAM与场的相位以及波前有关。如果将电磁波携带的角动量用J

本文编号：3368040