本发明专利技术公开了一种基于介质谐振器产生射频轨道角动量波束的天线。本发明专利技术包括微波介质谐振器、微带线、微波基板和金属接地面；微波介质谐振器结构为圆柱形，其截面为环形，外直径为D，内直径为d，高为h，且0≤d<D；微波介质谐振器的相对介电常数为εr，置于相对介电常数为εs的微波基板上，微波基板下方是金属接地面，微波介质谐振器通过微带线进行馈电，激励起介质谐振器中的回音壁模式。本发明专利技术设计利用结构简单的介质谐振器实现具有不同方向角携带不同l阶轨道角动量的射频波束的发射，对于目前正在兴起的利用轨道角动量进行高速射频通信、雷达探测等领域都具有非常重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于射频轨道角动量无线通信
，涉及一种基于介质谐振器产生射频轨道角动量波束的天线。
技术介绍
随着智能手机等移动通信技术的发展，人们对于无线通信速率的要求也越来越高。但是，频谱资源紧缺，可供利用的频谱已经越来越少，传统的依靠划分新的通信频段来提高通信速率的方法已经难以为继，如何在有限的通信资源下提高无线通信速率是通信行业面临的一个巨大挑战。目前，时分复用，频分复用，码分复用等复用技术已经成熟地应用在无线通信系统中。电磁波的幅度，相位，频率，极化等维度也已经得到了很大程度的利用。在传统通信理论和系统的基础上提高信息传输速率已经越来越困难，且成本也会越来越高。电磁波的轨道角动量，与电磁波的幅度，相位，频率，极化类似，是电磁波的另外一个物理维度。研宄表明，这一维度同样能够被用来传输信息，利用其来提高无线通信系统的传输速率，具有很大的潜力和优势。无数不同阶数(用I表示)的轨道角动量构成一完备正交集，理论上，任一频率的电磁波可以分解为具有无数不同阶数的同频率轨道角动量电磁波的叠加。轨道角动量通信就是利用电磁波的轨道角动量这一物理维度来通信。通过携带不同阶数的轨道角动量的电磁波，来建立新的传输信道，进行信息的传输和复用。或者是利用轨道角动量阶数的差异，用不同的阶数来进行不同的编码。由于I可以取无数个整数值，因此利用轨道角动量通信可以大幅提尚系统的传输速率。目前，由于射频轨道角动量通信的研宄处于初步发展阶段，射频轨道角动量波束的产生和发射装置大多以环形阵列天线或者螺旋相位板作为模型。但是，现有的产生和发射装置大都存在尺寸偏大、不易与现有系统集成等缺点。大的尺寸会提高成本和功耗，也不宜与现有系统集成，从而限制了轨道角动量通信这一新兴技术的推广和应用。因此，一种结构简单，易与现有通信系统兼容和集成的轨道角动量发射装置，对于提高无线通信系统的传输速率，加快射频轨道角动量在无线通信等领域的应用，具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于介质谐振器产生射频轨道角动量波束的天线，以及基于此天线的射频轨道角动量(OAM)波束复用装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:基于介质谐振器产生射频轨道角动量波束的天线，包括微波介质谐振器、微带线、微波基板和金属接地面；微波介质谐振器结构为圆柱形，其截面为环形，外直径为D，内直径为d，高为h，且0<d〈D;微波介质谐振器的相对介电常数为置于相对介电常数为es的微波基板上，微波基板下方是金属接地面，微波介质谐振器通过微带线进行馈电，激励起介质谐振器中的回音壁模式；所述的微带线的输出端与微波介质谐振器的外圆相切，或者在相切位置的前后左右一定距离内平移；所述的相切位置的前后左右方向为I轴和X轴方向；所述的一定距离的范围为正负Imm ;所述的微波介质谐振器、微带线、微波基板和金属接地面具体参数为lmm<D<50mm, Omm < cK 30mm, 2mm < h < 25mm, 4 < ε 60, 2 ε 8, ε s〈 ε r,微带线为 50 欧姆微带线，辐射频率为IGHz彡f彡10GHz ο在同一块微波基板上不同位置放置多个不同尺寸不同电磁参数的介质谐振器天线，多个介质谐振器能够同时发射多种阶数不同的射频轨道角动量波束，形成一种射频轨道角动量波束复用装置。通过多个微波基板将多个不同尺寸不同电磁参数的介质谐振器组成的天线垂直放置，即z轴方向放置，形成一种射频轨道角动量波束复用装置。合理设计微带线馈电结构的尺寸以及其与谐振器的相对位置，能够激励起介质谐振器中的回音壁模式。这种电磁波模式的一个共同特点是沿着圆柱形介质谐振器的边缘以行波的方式绕圆柱形谐振器轴向按顺时针或者逆时针的方向旋转，同时电磁波旋转一周其相位变化21 Ji。它们与自由空间中的I阶轨道角动量射频波束具有很多共同的电磁波特征，因此能够很容易地与这些自由空间中的射频轨道角动量波束相互耦合，从而实现基于圆柱形介质谐振器的射频轨道角动量波束的产生和发射。微带线馈电方向的不同可以实现±I阶的射频轨道角动量波束的产生和发射，馈电频率的不同或者介质谐振器天线的尺寸、电磁参数的不同则可以实现不同I阶的射频轨道角动量波束的产生和发射。此外，通过调节发射频率和射频轨道角动量的阶数，该介质谐振器天线既能发射沿谐振器纵向(z向)传播的射频轨道角动量波束，也能发射沿横向(垂直于z向)传播的射频轨道角动量波束。在本专利技术提供的基于介质谐振器产生射频轨道角动量波束的天线的基础上，进一步设计了基于介质谐振器的射频轨道角动量波束复用装置。将专利技术中提出的介质谐振器天线同时放置于同一介质基板上，通过不同的微带线馈电设计以及不同的谐振器尺寸和电磁参数，可以实现不同阶数的射频轨道角动量波束的复用。也可以将专利技术中提出的介质谐振器天线层叠同轴放置于不同平面的介质基板上，实现不同阶数的射频轨道角动量波束的另一种复用装置。本专利技术的有益效果是:利用电磁波的轨道角动量这一物理维度进行无线通信，能够在不占用额外频谱资源的前提下大幅提高无线通信系统的传输速率。本专利技术基于圆柱形介质谐振器产生和发射射频轨道角动量，为利用轨道角动量的无线通信以及探测系统提供了很好的发射和接收装置。与
技术介绍
中提到的发射装置相比，本专利技术的显著优点是大大缩小了发射天线的尺寸，降低了发射系统的功耗和成本，也能够实现不同阶数射频轨道角动量波束的发射。既能发射纵向(z向)传播的射频轨道角动量波束，也能发射横向(垂直于z向)传播的射频轨道角动量波束。同时，本专利技术基于成熟的微波设计理论和结构，能够很好地与现有微波商用系统兼容和集成，促进轨道角动量通信的研宄与应用。【附图说明】图1是圆柱形介质谐振器结构图，内直径为D，外直径为d(0 ( d〈D)，相对介电常数为ε r?图2是基于介质谐振器产生射频轨道角动量(OAM)波束的天线结构图，图中只示出了 d = O的圆柱形介质谐振器的天线结构，对于d>0的形式，除谐振器内直径d不一样夕卜，其它结构均与图2结构保持一致。本专利技术采用的具体参数为Imm < D < 50mm, 0mm^d^30mm，2mm彡h彡25mm，4彡ε 60, 2 ^ ε s^8, ε s〈 ε r，微带线为50欧姆微带线，辐射频率为IGHz ^ f ^ 10GHz ；图3是本专利技术产生射频轨道角动量波束时圆柱形介质谐振器内部及其周围的电场强度分布图；图4是本专利技术产生射频轨道角动量波束时圆柱形介质谐振器内部及其周围的z向电场相位分布图；图5是本专利技术产生射频轨道角动量波束时的远场方向图；图6是本专利技术产生射频轨道角动量时远场相位图；图7是基于圆柱形介质当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于介质谐振器产生射频轨道角动量波束的天线，其特征在于：包括微波介质谐振器、微带线、微波基板和金属接地面；微波介质谐振器结构为圆柱形，其截面为环形，外直径为D，内直径为d，高为h，且0≤d<D；微波介质谐振器的相对介电常数为εr，置于相对介电常数为εs的微波基板上，微波基板下方是金属接地面，微波介质谐振器通过微带线进行馈电，激励起介质谐振器中的回音壁模式；所述的微带线的输出端与微波介质谐振器的外圆相切，或者在相切位置的前后左右一定距离内平移；所述的相切位置的前后左右方向为y轴和x轴方向；所述的一定距离的范围为正负1mm；所述的微波介质谐振器、微带线、微波基板和金属接地面具体参数为1mm≤D≤50mm,0mm≤d≤30mm,2mm≤h≤25mm,4≤εr≤60,2≤εs≤8,εs<εr,微带线为50欧姆微带线，辐射频率为1GHz≤f≤100GHz。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘毓，郑史烈，章献民，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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。