一种产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列。该天线阵列由N个均匀布置在圆形印制板(接地面侧)上的介质谐振器天线构成，介质谐振器天线和接地面连接处开有N个矩形槽；印制板的另一面布有N条均匀分布的微带线，N≥4，微带线的一端由同轴线馈电，另一端通过和矩形槽的耦合给介质谐振器天线馈电。从而产生N-1个模式的涡旋电波(OAM波)。本发明专利技术的介质谐振器天线阵列具有高增益、低损耗和高宽带的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，更具体地，涉及一种产生涡旋电波的介质谐振器 天线阵列。
技术介绍
电磁波可以携带线动量和角动量，角动量有两种：（1)自旋角动量（SAM)，⑵轨 道角动量（OAM)。其中，自旋角动量有两种模式：左旋圆极化和右旋圆极化，这两种模式 都已经被广泛应用于通信系统中来提高通信容量。而轨道角动量是一种相对较新的概 念，于 1992 年被 Alien 等人发现，见 Allen, L.，et al.，"Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes. '，Phys Rev A，1992. 45(11) :p. 8185-8189。通过对轨道角动量（OAM)的研究，发现轨道角动量（OAM) 可以用来提高通信容量。Thid6等人首次实现了电磁领域的OAM波束，见Thid6，B.，et al.，"Utilization of photon orbital angular momentum in the low-frequency radio domain，"Physical Review Letters，2007.vol.99(8):pp. 087701-1 - 087701-4。这篇文 章为0AM波束应用于电磁领域提供了可能性。理论上，0AM可以提供无限带宽。Fabrizio 等实验展示了如何用这种OAM波束编码并传输信息，见Tamburini, F.，et al.，"Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity:first experimental test. "New Journal of Physics，2012. 14(3) :p. 033001。 如今，0AM波束的传输主要是使用圆形天线阵列或者螺旋相位面天线实现。然而， 现有的圆形天线阵列或者螺旋相位面天线存在以下技术问题：1、圆形阵列天线阵列的天线 单元损耗高。2、螺旋相位面天线不易制作，不易维持板面的平滑。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种产生涡旋电波的介质谐 振器天线阵列，其目的在于，通过介质材料构成圆形阵列解决现有方法中存在的上述损耗 高，不易制作的技术问题。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种产生涡旋电波的介质谐振 器天线阵列，包括多条微带线、同轴馈电端口、多个矩形槽、N个介质谐振器天线、介质基板 和接地面，N为大于或等于4的正整数，矩形槽、介质谐振器天线以及接地面均设置在介质 基板的一面，介质谐振器天线沿周向均匀分布在介质基板上，矩形槽设置在介质谐振器天 线和接地面连接处，其数量等于N，介质谐振器天线设置于接地面上，微带线沿周向均匀分 布在介质基板的另一面，其数量等于N，微带线的一端由同轴线通过同轴馈电端口馈电，另 一端与矩形槽耦合，用于为介质谐振器天线馈电。 优选地，介质谐振器天线为圆柱介质谐振器天线，其由陶瓷填料的聚四氟乙烯复 合材料构成。 优选地，圆柱介质谐振器天线的大小和其谐振频率成正比。 优选地，在HE115传输模式下，圆柱介质谐振器天线的半径和高度由公式计算，其中h是圆柱介质谐振器天线的高 度，r是圆柱介质谐振器天线的半径，f。是天线的谐振频率，ε d是圆柱介质谐振器天线的介 电常数。 优选地，介质基板是由添加了玻璃纤维的聚四氟乙烯复合材料构成。 总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果： 1、能够解决现有方法中存在的高损耗的问题：由于本专利技术采用了全介质结构，因 此同以往的圆形天线阵列相比，损耗大大降低。 2、能够解决现有方法中存在的不易制作、维持天线形状的问题：由于本专利技术采用 了介质谐振器天线作为阵列单元，容易制作，而且一旦制成，不用考虑维持天线形状的问 题。【附图说明】 图I (A)是本专利技术采用圆柱介质谐振器天线产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列 的俯视图； 图I (B)是图1㈧中介质谐振器天线阵列的仰视图； 图I (C)是图1㈧中介质谐振器天线的侧视图； 图2(A)是本专利技术垂直于天线传播方向上的某一平面模式1 = 0(即激励的相移为 〇° )的电场图； 图2(B)是本专利技术垂直于天线传播方向上的某一平面模式1 = 1(即激励的相移为 45° )的电场图； 图2(C)是本专利技术垂直于天线传播方向上的某一平面模式1 = 2(即激励的相移为 90° )的电场图； 图2(D)是本专利技术垂直于天线传播方向上的某一平面模式1 = 3(即激励的相移为 135° )的电场图； 图3(A)是本专利技术方形介质谐振器天线产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列的俯 视图； 图3(B)是图3(A)中介质谐振器天线阵列的仰视图； 图3 (C)是图3 (A)中介质谐振器天线的侧视图； 图4(A)是实施例2垂直于天线传播方向上的某一平面模式1 = 0(即激励的相移 为〇° )的电场图； 图4(B)是实施例2垂直于天线传播方向上的某一平面模式I = 1 (即激励的相移 为45 ° )的电场图； 图4(C)是实施例2垂直于天线传播方向上的某一平面模式1 = 2(即激励的相移 为90° )的电场图； 图4(D)是实施例2垂直于天线传播方向上的某一平面模式1 = 3(即激励的相移 为135° )的电场图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 如图1㈧、（B)、（C)所示，本专利技术产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列包括多条 微带线101，同轴馈电端口 102,多个矩形槽103,多个介质谐振器天线104 (其数量为N，N 为大于或等于4的正整数）、介质基板105和接地面106。矩形槽103、介质谐振器天线104 以及接地面106均设置在介质基板105的一面，介质谐振器天线104沿周向均匀分布在介 质基板105上，且矩形槽103设置在介质谐振器天线104和接地面106连接处，其数量也等 于N，介质谐振器天线104设置于接地面106上。 微带线101沿周向均匀分布在介质基板105的另一面，其数量等于N ;微带线101 的一端由同轴线通过同轴馈电端口 102馈电，另一端与矩形槽103耦合，用于为介质谐振器 天线104馈电。 在本实施方式中，介质谐振器天线104为圆柱介质谐振器天线（Cylindrical dielectric resonator antenna，简称⑶RA)，其由陶瓷填料的聚四氣乙稀 (Polytetrafluoroethylene，PTFE)复合材料构成。圆柱介质谐振器天线的大小和天 线的谐振频率有关，在HE115传输模式下，该圆柱介质谐振器天线的半径和高度由公式丨计算，其中h是圆柱介质谐振器天线的高 度，r是圆柱介质谐振器天线的半径，f。是天线的谐振频率，ε d是圆柱介质谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生涡旋电波的介质谐振器天线阵列，包括多条微带线、同轴馈电端口、多个矩形槽、N个介质谐振器天线、介质基板和接地面，N为大于或等于4的正整数，其特征在于，矩形槽、介质谐振器天线以及接地面均设置在介质基板的一面；介质谐振器天线沿周向均匀分布在介质基板上；矩形槽设置在介质谐振器天线和接地面连接处，其数量等于N；介质谐振器天线设置于接地面上；微带线沿周向均匀分布在介质基板的另一面，其数量等于N；微带线的一端由同轴线通过同轴馈电端口馈电，另一端与矩形槽耦合，用于为介质谐振器天线馈电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张思贤，桂良启，刘丹丹，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42