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

1、近年來，無線通信技術(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)域研究的重點內(nèi)容。在目前的研究成果中有多種技術(shù)手段可以實現(xiàn)這一目標，其中軌道角動量(orbital angular momentum，OAM)復(fù)用技術(shù)作為一項新型技術(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線通信領(lǐng)域的熱點研究內(nèi)容之一。
　　OAM復(fù)用

2、技術(shù)通過利用攜帶有不同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的同時、同頻編碼發(fā)送與傳輸而不會發(fā)生同頻干擾，從而達到復(fù)用傳輸?shù)哪康?，就目前的研究來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)知識的基礎(chǔ)上，本文通過結(jié)合電磁渦旋波的產(chǎn)生方法、矩形微帶貼片天線輻射機理及設(shè)計方法、圓極化產(chǎn)生的相關(guān)理論、陣列設(shè)計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，使用高速射頻開關(guān)產(chǎn)生饋電相位差，從而使陣列天線能夠產(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)計的幾款OAM陣列天線能夠較好的工作在5.3GHz免費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)計中將軌道角動量與圓極化特性相結(jié)合，設(shè)計出可以發(fā)射具有OAM與圓極化雙重特性電磁波的OAM陣列天線，可以進一步改善電磁渦旋波的輻射特性。針對

4、現(xiàn)有的研究中OAM陣列天線存在產(chǎn)生模態(tài)數(shù)較少的問題，本文重新設(shè)計天線參數(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，針對電磁渦旋波固有的主軸能量增益較低的問題，本文設(shè)計了新型雙環(huán)結(jié)構(gòu)天線改善天線性能，每環(huán)中陣元均饋入產(chǎn)生同種模態(tài)值的饋電相位時能夠有效增加天線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)計的