用于產生射頻OAM波束的HM-SIW環形諧振腔結構天線及復用器制造技術

本發明專利技術屬于射頻OAM無線通信技術領域，具體提供用于產生射頻OAM波束的HW?SIW環形諧振腔結構天線，用以克服現有天線結構復雜、饋電系統復雜、不易集成、成本高等缺陷。本發明專利技術包括介質基板，設置于介質基板下的接地板，設置于介質基板上的HM?SIW環形諧振腔，所述HW?SIW環形諧振腔上沿圓周方向分別開有兩個矩形槽；所述HW?SIW環形諧振腔采用同軸探針進行饋電。本發明專利技術大大縮小了天線的尺寸，使天線的結構更緊湊、更加簡單，且饋電系統簡單化，同軸單饋即可產生射頻OAM波束，使天線系統的設計變得更加簡單，從而使上述天線易于集成，且功耗和成本都大大降低。同時，本發明專利技術還提供基于上述天線的射頻OAM波束復用器。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于射頻OAM無線通信
，具體涉及基于半?；刹▽?HW-SIW)環形諧振腔的用于產生射頻OAM波束的天線及復用器。
技術介紹
隨著移動互聯網的快速發展以及智能終端的大量普及，促使移動互聯網呈現出爆炸式發展趨勢,然而，這將使無線通信系統分配的頻譜資源變得日益擁擠，系統容量變得日益匱乏。目前，移動通信系統的容量已經接近了香農極限，為了解決日益突出的系統容量匱乏以及頻譜資源短缺問題，滿足即將到來的移動數據業務的快速增加。目前，時分復用，頻分復用，碼分復用等復用技術已經成熟的用到無線通信系統中；電磁波的幅度，相位，頻率，極化等維度也已經很大程度的被利用到了無線通信系統當中。因此，在傳統的無線通信理論和系統的基礎提高系統的容量和擴展頻譜資源已經越來越困，因而需要更多的新技術來解決這些問題。電磁波的軌道角動量(OAM)作為一種新型技術，為解決上述問題提供了方法。目前，產生軌道角動量的方法主要有投射螺旋結構、投射光柵結構、螺旋反射面結構、天線陣列結構；然而通過對各個結構的分析我們發現：1.投射螺旋結構只能針對一定的頻率，并且產生的渦旋電磁波也只能集中在介質基板大小的區域內，而介質基板外面的區域依然是平面波；2.投射光柵結構產生軌道角動量，其制作全息光柵的過程復雜，制作過程技術要求含量高，使成本大大增加；3.螺旋反射面結構簡單易于實現，但是只能針對特定的頻率做出移相，并且一個確定的幾何結構只能產生一種模式的OAM波，若需生成不同的OAM波束，則必須調整螺旋反射面的尺寸，這在實際應用中會造成不便；4.相控陣列天線雖然能實現射頻OAM的復用，但是對各個陣元間的相位控制要求嚴格，并且同時需要對多段口進行饋電，這將增加相控陣天線的復雜程度。上述結構都是產生射頻OAM波束的天線裝置，或是結構復雜，或是加工技術要求高，或是饋電系統復雜等等，都將導致成本增加，不易集成，不利于加快和促進未來射頻OAM波束在無線通信領域的高速發展和應用。因此，一種天線結構簡單，饋電結構簡單且易與現有通信系統集成的軌道角動量天線，對于提高無線通信系統的信道容量，加快射頻OAM在無線通信系統的領域的應用，顯得尤為重要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術存在的問題及不足，天線的饋電系統和天線結構復雜、不易集成等，提供用于產生射頻OAM波束的HW-SIW環形諧振腔結構天線，以及基于此天線的射頻OAM波束復用器。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：用于產生射頻OAM波束的HW-SIW環形諧振腔結構天線，其特征在于：包括介質基板，設置于介質基板下的接地板，設置于介質基板上的HM-SIW環形諧振腔，所述HW-SIW環形諧振腔上沿圓周方向分別開有兩個矩形槽；所述HW-SIW環形諧振腔采用同軸探針進行饋電。進一步地，所述的HW-SIW環形諧振腔上的兩個矩形槽形狀、尺寸均相同，且關于HW-SIW環形諧振腔的圓心對稱；矩形槽的尺寸根據射頻OAM模式確定。進一步地，所述的同軸探針為單饋，饋電位置根據射頻OAM模式確定。本專利技術還提供了一種基于上述天線的射頻OAM波束復用器，所述射頻OAM波束復用器包括多個工作在不同工作模式的HW-SIW環形諧振腔結構天線，所述多個HW-SIW環形諧振腔結構天線以同心HW-SIW圓環的形式共同設置于介質基板上。本專利技術的有益效果為：本專利技術針對射頻OAM波束在進行無線系統通信時，能夠不占用額外的頻譜資源的前提下，提出了一種簡單可行的能夠產生射頻OAM波束的天線，以及在此基礎上提供了一種射頻OAM復用器。本專利技術基于HM-SIW環形諧振腔，并在HM-SIW環形諧振腔上開矩形槽，實現同軸單饋即可產生射頻OAM波束；為加快射頻OAM復用通信系統的實用化，具有重要作用。與現有技術相比，本專利技術大大縮小了天線的尺寸，使天線的結構更緊湊、更加簡單，且饋電系統簡單化，同軸單饋即可產生射頻OAM波束，使天線系統的設計變得更加簡單，從而使上述天線易于集成，且功耗和成本都大大降低。同時，本專利技術通過在多個HW-SIW環形諧振腔結構天線以同心HW-SIW圓環的形式共同設置于介質基板上，即可得到一種射頻OAM波束復用器，從而實現射頻OAM波束的復用。附圖說明圖1為本專利技術用于產生射頻OAM波束的HW-SIW環形諧振腔結構天線的結構示意圖，其中，(a)為俯視圖，(b)剖視圖；圖2為本專利技術提供工作模式l＝1的HW-SIW環形諧振腔結構天線在空間輻射的電場測試結果圖，其中，(a)為電場強度分布圖，(b)為電場相位分布圖；圖3為本專利技術提供工作模式l＝5的HW-SIW環形諧振腔結構天線在空間輻射的電場測試結果圖，其中，(a)為電場強度分布圖，(b)為電場相位分布圖；圖4為本專利技術提供的射頻OAM波束復用器的結構示意圖；其中：1為HM-SIW環形諧振腔、2為介質基板、3為接地板、q1和q2為矩形槽、p1為同軸饋電端口。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明，但本專利技術并不局限于具體實施方式。本專利技術提供用于產生射頻OAM波束的HW-SIW環形諧振腔結構天線，其結構如圖1所示，包括介質基板2，設置于介質基板上的HM-SIW環形諧振腔1，設置于介質基板下的接地板3，所述HW-SIW環形諧振腔上沿圓周方向分別開有兩個矩形槽q1和q2；所述HW-SIW環形諧振腔采用同軸探針p1進行饋電；所述的HW-SIW環形諧振腔上的兩個矩形槽q1和q2形狀、尺寸相同，且關于HW-SIW環形諧振腔的圓心對稱；矩形槽尺寸大小根據不同射頻OAM模式調整確定；所述的同軸探針為單饋，饋電位置視不同的射頻OAM模式調整確定。如圖4所示，為基于上述HW-SIW環形諧振腔結構天線的射頻OAM波束復用器，包括多個工作在不同工作模式的HW-SIW環形諧振腔結構天線，所述多個HW-SIW環形諧振腔結構天線以同心HW-SIW圓環的形式共同設置于介質基板上，所述每個HW-SIW環形諧振腔結構天線均只設置有一個同軸饋電端口。實施例1步驟一：設計工作模式l＝1，工作頻率f＝5.8GHz的HM-SIW環形諧振腔，采用Rogers5880，介電常數εr＝2.2，厚度h＝0.787mm，介質基板的長度和寬度都為L0＝35mm，HM-SIW環型諧振腔金屬柱沿著內半徑方向每間隔均勻分布，金屬柱半徑rvia＝0.4mm，取內環半徑與HM-SIW金屬柱邊緣距離1mm即Rvia＝Rin-1mm，HM-SIW外環半徑可以根據公式(1-1)和(1-2)得到：fnm=αnm.c2πaeffϵr---(1-1)]]>aeff=a[1+2hπaϵr(lnπa2h+1.7726)]1/2a/h>>1---(1-2)]]>其中，αnm是n階貝塞爾函數的第m個零點值，aeff為HM-SIW有效半徑，h為介質基板的厚度，a為HM-SIW實際半徑，c為真空中的光速，εr為介質的相對介電常數。同軸饋電端50Ω阻抗匹配可以根據公式(1-3)得到：Zin=60ϵrln(ba)---(1-3)]]>其中，Zin為輸入阻抗，a為同軸內半徑，b為同軸外半徑。通過以上計算出HM-SIW外環半徑約為12mm,同軸饋電取a＝0.5mm,b＝1.7mm本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于產生射頻OAM波束的HW?SIW環形諧振腔結構天線，其特征在于：包括介質基板、設置于介質基板下的接地板、設置于介質基板上的HM?SIW環形諧振腔；所述HW?SIW環形諧振腔上沿圓周方向分別開有兩個矩形槽，所述HW?SIW環形諧振腔采用同軸探針進行饋電。

【技術特征摘要】
1.用于產生射頻OAM波束的HW-SIW環形諧振腔結構天線，其特征在于：包括介質基板、設置于介質基板下的接地板、設置于介質基板上的HM-SIW環形諧振腔；所述HW-SIW環形諧振腔上沿圓周方向分別開有兩個矩形槽，所述HW-SIW環形諧振腔采用同軸探針進行饋電。2.按權利要求1所述用于產生射頻OAM波束的HW-SIW環形諧振腔結構天線，其特征在于，所述的HW-SIW環形諧振腔上的兩個矩形槽形狀、尺寸均相同，且關于HW-SIW環形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐紅艷，余超，吳潤苗，王珂，張建，王曉彤，康凱，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51