一种圆极化轨道角动量反射阵天线制造技术

技术编号:18947792 阅读:26 留言:0更新日期:2018-09-15 12:40
本发明专利技术提出了一种圆极化轨道角动量反射阵天线,用于提高天线的抗干扰能力,包括馈源天线单元和反射体,其中馈源天线单元采用圆极化天线,其辐射方向朝向反射体上各介质材料板印制辐射贴片的一侧,且与反射体相对固定;反射体包括N×N个周期性等距排列的辐射单元,N≥2,辐射单元包括介质材料板,以及印制在介质材料板一个侧面的辐射贴片和另一个侧面的金属地板,且各辐射单元的相位通过轨道角动量反射阵天线相位补偿公式确定,各相位的补偿通过旋转单元法实现,其中辐射贴片包括两个同心的圆环贴片,每个圆环贴片通过圆心的一条轴线上各设置有一对矩形缝隙,通过调节外圆环贴片的半径,实现对天线相移曲线的控制。

Circularly polarized orbit angular momentum reflector array antenna

A circularly polarized orbital angular momentum reflector array antenna is proposed for improving the anti-jamming capability of the antenna, including a feed antenna unit and a reflector. The feed antenna unit adopts a circularly polarized antenna, and the radiation direction of the antenna unit is directed toward the side of the printed radiation patch of the dielectric material plates on the reflector, and is relatively solid with the reflector. The reflector consists of N *N periodically equidistant radiation elements, N <2, including dielectric plates, radiation patches printed on one side of the dielectric plate and metal floors on the other side, and the phases of each radiation element are determined by the phase compensation formula of the orbital angular momentum reflector array antenna. The phase compensation is realized by rotating element method. The radiation patch consists of two concentric ring patches. Each ring patch has a pair of rectangular slots on an axis of the center of the circle. By adjusting the radius of the outer ring patch, the phase shift curve of the antenna is controlled.

【技术实现步骤摘要】
一种圆极化轨道角动量反射阵天线
本专利技术属于天线
,尤其涉及一种圆极化轨道角动量反射阵天线,可用于无线通信

技术介绍
根据经典电动力学理论,电磁辐射不仅能够携带能量还可携带角动量,描述极化状态的自旋角动量SAM与描述螺旋相位结构的轨道角动量OAM,共同组成了角动量,携带轨道角动量的电磁波称为涡旋电磁波。OAM复用是一种频率公用方式的共享频谱资源技术,在相同载频上,调制不同的轨道角动量和传输信息,大大提高频谱利用效率,可以解决无线通信领域频谱资源短缺的问题。由于天线应用的环境变复杂,传统的线极化天线有时无法满足通讯的要求,与之相比,圆极化天线可以接收任意极化方向的线极化波,同时它发射的信号也可以由任意极化方向的线极化天线接收,并且具有旋向正交性,尤其是在航天飞行器、无线通信和雷达的极化分集、全球定位等无线电领域中得到广泛应用领域,在涡旋电磁波复用技术在的基础上进一步研究其圆极化特性,有效提高系统容量能更好的解决由于不同发射和接收天线角度不同带来的能量损耗,最大限度的增加频谱资源利用率,提高天线的抗干扰能力。目前,结合轨道角动量在相关领域中研究进展,轨道角动量涡旋电磁波的产生与发射方式主要有两种,分别是螺旋抛物面天线和阵列天线,前者通过调整抛物面开口两端的间距产生任意模式的轨道角动量无线电波束;后者通过控制阵元辐射场的相位差产生想要的轨道角动量涡旋电磁波。然而,OAM螺旋抛物面天线也有明显的缺陷,其造价高,制作困难,并且实验中所采用的螺旋抛物面天线结构是一种单一的结构,不适用于连续相位控制;而且偶极子阵列天线半径高达几米到几十米,在进行阵列布置时要极小的误差才能产生预期的模态值,适用场所条件要求较为苛刻,在实际通信系统中应用价值并不高。对于微带反射阵天线而言,考虑到涡旋电磁波具有呈螺旋形式连续变化的相位波前,轨道角动量天线存在连续的相位变化,而反射阵列可以进行任意配相,其产生的电磁波可以有任意的相位波前,从而也可以很方便的生成涡旋电磁波,因此通过重新设计反射阵列相位分布,涡旋电磁波便可以高效地由反射阵天线生成。传统轨道角动量反射阵天线,通过设计反射阵天线中反射单元的相位,使其满足轨道角动量反射阵天线的相位补偿公式,产生具有螺旋形式连续变化的相位波前的涡旋电磁波。例如申请公布号为CN105680162A,名称为“轨道角动量多波束产生方法”的专利申请,公开了一种轨道角动量反射阵天线,通过设定馈源天线单元的坐标(0,0,0.4)米,即x轴的0处,y轴0处,z轴的0.4米处,反射单元的总数N=20,相邻两个反射阵单元中心间距为20毫米,波束辐射方向然后根据几何位置、工作频率及所需的轨道角动量模态,利用轨道角动量涡旋电磁波反射阵的相位补偿公式计算每个反射单元所需补偿相位矩阵,采用简单的矩形辐射贴片,然后通过改变各反射阵单元的尺寸来补偿所需相位,产生在设定方向上具有涡旋波阵面的多个轨道角动量涡旋电磁波波束。该专利技术通过控制反射阵单元的相位补偿,产生多模态的轨道角动量涡旋电磁波,但是由于辐射贴片结构简单,且采用变尺寸的方式补偿相位,仅能实现线极化的轨道角动量涡旋电磁波,抗干扰能力低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷,提出了一种圆极化轨道角动量天线,用于产生具有圆极化和轨道角动量双重特性的涡旋电磁波,提高天线的抗干扰能力。一种圆极化轨道角动量反射阵天线,包括馈源天线单元1和反射体2;所述反射体2,包括N×N个周期性等距排列的辐射单元21,N≥2,所述辐射单元21包括介质材料板212,以及印制在介质材料板212一个侧面的辐射贴片211和另一个侧面的金属地板213,各辐射单元21的相位通过轨道角动量反射阵天线相位补偿公式确定,各相位的补偿通过旋转单元法实现;所述馈源天线单元1的辐射方向朝向反射体2上各介质材料板212印制辐射贴片211的一侧,且与反射体2相对固定;所述馈源天线单元1采用圆极化天线;所述辐射贴片211包括两个同心的圆环贴片,每个圆环贴片通过圆心的一条轴线上各设置有一对矩形缝隙,通过调节外圆环贴片的半径,实现对天线相移曲线的控制。上述一种圆极化轨道角动量反射阵天线,所述轨道角动量反射阵天线相位补偿公式,其表达式:其中,k0为自由空间波束,d为馈源天线单元的相位中心到辐射贴片的距离,x和y分别为以反射体的几何中心为原点,以印制有辐射贴片的一侧为xoy面,z轴正向指向馈源天线单元的坐标轴上各辐射单元的坐标位置,θ0为反射波束与y轴正向的夹角,为反射波束与z轴正向的夹角,l为轨道角动量的模式数。上述一种圆极化轨道角动量反射阵天线,所述介质材料板212,采用正方形板材,其几何中心与辐射贴片211的几何中心共轴。上述一种圆极化轨道角动量反射阵天线,所述馈源天线单元1,采用喇叭天线,其相位中心位于通过反射体2的几何中心的法线上,且辐射方向与各辐射贴片211垂直,该馈源天线单元1的相位中心到反射体2上各介质材料板212印制辐射贴片211的一侧的中心的距离大于反射体2边长的一半。上述一种圆极化轨道角动量反射阵天线,所述辐射贴片211,其内圆环贴片和外圆环贴片上矩形缝隙所在的轴线相互垂直,且两个圆环贴片的宽度,以及贴片上矩形缝隙的宽度相等。上述一种圆极化轨道角动量反射阵天线,所述辐射贴片211,其每个圆环贴片上的一对矩形缝隙,与该对矩形缝隙所在轴线垂直的轴线对称。本专利技术与现有技术相比,具有如下优点:本专利技术的辐射贴片包括两个同心的圆环贴片,且每个圆环贴片通过圆心的一条轴线上各设置有一对矩形缝隙,通过调节外圆环贴片的半径,使辐射贴片沿x轴和y轴的极化电场的相位变化曲线在中心频率两侧较宽的频带内保持180°左右的反射相位差,各辐射单元的相位通过轨道角动量反射阵天线相位补偿公式确定,其相位的补偿通过旋转单元法实现,产生具有轨道角动量与圆极化双重特性的涡旋电磁波,与现有技术相比,有效地提高了天线的抗干扰能力。附图说明图1是本专利技术实施例的整体结构示意图;图2是本专利技术辐射单元的结构示意图;图3是本专利技术辐射贴片的结构示意图;图4是本专利技术实施例的相位补偿分布图;图5是本专利技术实施例的x和y两个正交方向线极化波的反射相移仿真结果图;图6是本专利技术实施例的二维辐射方向图;图7是本专利技术实施例的三维辐射方向图;图8是本专利技术实施例的电场相位分布图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例,对本专利技术作进一步详细描述:参考图1,本专利技术提出的一种圆极化轨道角动量反射阵天线,包括馈源天线单元1和反射体2,该反射体2包括11×11个周期性等距排列的辐射单元21,其整体尺寸为110mm×110mm×8mm,辐射单元21包括介质材料板212,以及印制在介质材料板212一个侧面的辐射贴片211和另一个侧面的金属地板213,其中介质材料板212采用正方形板材,其几何中心与辐射贴片211的几何中心共轴。馈源天线单元1采用圆喇叭天线,为了辐射圆极化波束,将圆波导的开口面逐渐展开,其开口半径为15mm,且其相位中心位于通过反射体2的几何中心的法线上,辐射方向与辐射贴片211垂直,焦径比选择为1,即馈源天线单元1的相位中心到反射体2上各介质材料板212印制辐射贴片211的一侧中心距离等于反射体2的边长110mm,由于喇叭天线属于高增益天线,且辐本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种圆极化轨道角动量反射阵天线,包括馈源天线单元(1)和反射体(2);所述反射体(2),包括N×N个周期性等距排列的辐射单元(21),N≥2,所述辐射单元(21)包括介质材料板(212),以及印制在介质材料板(212)一个侧面的辐射贴片(211)和另一个侧面的金属地板(213),各辐射单元(21)的相位通过轨道角动量反射阵天线相位补偿公式确定,各相位的补偿通过旋转单元法实现;所述馈源天线单元(1)的辐射方向朝向反射体(2)上各介质材料板(212)印制辐射贴片(211)的一侧,且与反射体(2)相对固定;其特征在于:所述馈源天线单元(1)采用圆极化天线;所述辐射贴片(211)包括两个同心的圆环贴片,每个圆环贴片通过圆心的一条轴线上各设置有一对矩形缝隙,通过调节外圆环贴片的半径,实现对天线相移曲线的控制。

【技术特征摘要】
1.一种圆极化轨道角动量反射阵天线,包括馈源天线单元(1)和反射体(2);所述反射体(2),包括N×N个周期性等距排列的辐射单元(21),N≥2,所述辐射单元(21)包括介质材料板(212),以及印制在介质材料板(212)一个侧面的辐射贴片(211)和另一个侧面的金属地板(213),各辐射单元(21)的相位通过轨道角动量反射阵天线相位补偿公式确定,各相位的补偿通过旋转单元法实现;所述馈源天线单元(1)的辐射方向朝向反射体(2)上各介质材料板(212)印制辐射贴片(211)的一侧,且与反射体(2)相对固定;其特征在于:所述馈源天线单元(1)采用圆极化天线;所述辐射贴片(211)包括两个同心的圆环贴片,每个圆环贴片通过圆心的一条轴线上各设置有一对矩形缝隙,通过调节外圆环贴片的半径,实现对天线相移曲线的控制。2.根据权利要求1所述的一种圆极化轨道角动量反射阵天线,其特征在于,所述轨道角动量反射阵天线相位补偿公式,其表达式:其中,k0为自由空间波束,d为馈源天线单元的相位中心到辐射贴片中心的距离,x和y分别为以反射体的几何中心为原点,以印制有辐射贴片的一侧为xoy面,z轴...

【专利技术属性】
技术研发人员:李文涛孙顺莱叶秀眺张昱东史小卫
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1