用于产生射频OAM波束的HM-SIW环形谐振腔结构天线及复用器制造技术

本发明专利技术属于射频OAM无线通信技术领域，具体提供用于产生射频OAM波束的HW‑SIW环形谐振腔结构天线，用以克服现有天线结构复杂、馈电系统复杂、不易集成、成本高等缺陷。本发明专利技术包括介质基板，设置于介质基板下的接地板，设置于介质基板上的HM‑SIW环形谐振腔，所述HW‑SIW环形谐振腔上沿圆周方向分别开有两个矩形槽；所述HW‑SIW环形谐振腔采用同轴探针进行馈电。本发明专利技术大大缩小了天线的尺寸，使天线的结构更紧凑、更加简单，且馈电系统简单化，同轴单馈即可产生射频OAM波束，使天线系统的设计变得更加简单，从而使上述天线易于集成，且功耗和成本都大大降低。同时，本发明专利技术还提供基于上述天线的射频OAM波束复用器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频OAM无线通信
，具体涉及基于半模基片集成波导(HW-SIW)环形谐振腔的用于产生射频OAM波束的天线及复用器。
技术介绍
随着移动互联网的快速发展以及智能终端的大量普及，促使移动互联网呈现出爆炸式发展趋势,然而，这将使无线通信系统分配的频谱资源变得日益拥挤，系统容量变得日益匮乏。目前，移动通信系统的容量已经接近了香农极限，为了解决日益突出的系统容量匮乏以及频谱资源短缺问题，满足即将到来的移动数据业务的快速增加。目前，时分复用，频分复用，码分复用等复用技术已经成熟的用到无线通信系统中；电磁波的幅度，相位，频率，极化等维度也已经很大程度的被利用到了无线通信系统当中。因此，在传统的无线通信理论和系统的基础提高系统的容量和扩展频谱资源已经越来越困，因而需要更多的新技术来解决这些问题。电磁波的轨道角动量(OAM)作为一种新型技术，为解决上述问题提供了方法。目前，产生轨道角动量的方法主要有投射螺旋结构、投射光栅结构、螺旋反射面结构、天线阵列结构；然而通过对各个结构的分析我们发现：1.投射螺旋结构只能针对一定的频率，并且产生的涡旋电磁波也只能集中在介质基板大小的区域内，而介质基板外面的区域依然是平面波；2.投射光栅结构产生轨道角动量，其制作全息光栅的过程复杂，制作过程技术要求含量高，使成本大大增加；3.螺旋反射面结构简单易于实现，但是只能针对特定的频率做出移相，并且一个确定的几何结构只能产生一种模式的OAM波，若需生成不同的OAM波束，则必须调整螺旋反射面的尺寸，这在实际应用中会造成不便；4.相控阵列天线虽然能实现射频OAM的复用，但是对各个阵元间的相位控制要求严格，并且同时需要对多段口进行馈电，这将增加相控阵天线的复杂程度。上述结构都是产生射频OAM波束的天线装置，或是结构复杂，或是加工技术要求高，或是馈电系统复杂等等，都将导致成本增加，不易集成，不利于加快和促进未来射频OAM波束在无线通信领域的高速发展和应用。因此，一种天线结构简单，馈电结构简单且易与现有通信系统集成的轨道角动量天线，对于提高无线通信系统的信道容量，加快射频OAM在无线通信系统的领域的应用，显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题及不足，天线的馈电系统和天线结构复杂、不易集成等，提供用于产生射频OAM波束的HW-SIW环形谐振腔结构天线，以及基于此天线的射频OAM波束复用器。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：用于产生射频OAM波束的HW-SIW环形谐振腔结构天线，其特征在于：包括介质基板，设置于介质基板下的接地板，设置于介质基板上的HM-SIW环形谐振腔，所述HW-SIW环形谐振腔上沿圆周方向分别开有两个矩形槽；所述HW-SIW环形谐振腔采用同轴探针进行馈电。进一步地，所述的HW-SIW环形谐振腔上的两个矩形槽形状、尺寸均相同，且关于HW-SIW环形谐振腔的圆心对称；矩形槽的尺寸根据射频OAM模式确定。进一步地，所述的同轴探针为单馈，馈电位置根据射频OAM模式确定。本专利技术还提供了一种基于上述天线的射频OAM波束复用器，所述射频OAM波束复用器包括多个工作在不同工作模式的HW-SIW环形谐振腔结构天线，所述多个HW-SIW环形谐振腔结构天线以同心HW-SIW圆环的形式共同设置于介质基板上。本专利技术的有益效果为：本专利技术针对射频OAM波束在进行无线系统通信时，能够不占用额外的频谱资源的前提下，提出了一种简单可行的能够产生射频OAM波束的天线，以及在此基础上提供了一种射频OAM复用器。本专利技术基于HM-SIW环形谐振腔，并在HM-SIW环形谐振腔上开矩形槽，实现同轴单馈即可产生射频OAM波束；为加快射频OAM复用通信系统的实用化，具有重要作用。与现有技术相比，本专利技术大大缩小了天线的尺寸，使天线的结构更紧凑、更加简单，且馈电系统简单化，同轴单馈即可产生射频OAM波束，使天线系统的设计变得更加简单，从而使上述天线易于集成，且功耗和成本都大大降低。同时，本专利技术通过在多个HW-SIW环形谐振腔结构天线以同心HW-SIW圆环的形式共同设置于介质基板上，即可得到一种射频OAM波束复用器，从而实现射频OAM波束的复用。附图说明图1为本专利技术用于产生射频OAM波束的HW-SIW环形谐振腔结构天线的结构示意图，其中，(a)为俯视图，(b)剖视图；图2为本专利技术提供工作模式l＝1的HW-SIW环形谐振腔结构天线在空间辐射的电场测试结果图，其中，(a)为电场强度分布图，(b)为电场相位分布图；图3为本专利技术提供工作模式l＝5的HW-SIW环形谐振腔结构天线在空间辐射的电场测试结果图，其中，(a)为电场强度分布图，(b)为电场相位分布图；图4为本专利技术提供的射频OAM波束复用器的结构示意图；其中：1为HM-SIW环形谐振腔、2为介质基板、3为接地板、q1和q2为矩形槽、p1为同轴馈电端口。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术并不局限于具体实施方式。本专利技术提供用于产生射频OAM波束的HW-SIW环形谐振腔结构天线，其结构如图1所示，包括介质基板2，设置于介质基板上的HM-SIW环形谐振腔1，设置于介质基板下的接地板3，所述HW-SIW环形谐振腔上沿圆周方向分别开有两个矩形槽q1和q2；所述HW-SIW环形谐振腔采用同轴探针p1进行馈电；所述的HW-SIW环形谐振腔上的两个矩形槽q1和q2形状、尺寸相同，且关于HW-SIW环形谐振腔的圆心对称；矩形槽尺寸大小根据不同射频OAM模式调整确定；所述的同轴探针为单馈，馈电位置视不同的射频OAM模式调整确定。如图4所示，为基于上述HW-SIW环形谐振腔结构天线的射频OAM波束复用器，包括多个工作在不同工作模式的HW-SIW环形谐振腔结构天线，所述多个HW-SIW环形谐振腔结构天线以同心HW-SIW圆环的形式共同设置于介质基板上，所述每个HW-SIW环形谐振腔结构天线均只设置有一个同轴馈电端口。实施例1步骤一：设计工作模式l＝1，工作频率f＝5.8GHz的HM-SIW环形谐振腔，采用Rogers5880，介电常数εr＝2.2，厚度h＝0.787mm，介质基板的长度和宽度都为L0＝35mm，HM-SIW环型谐振腔金属柱沿着内半径方向每间隔均匀分布，金属柱半径rvia＝0.4mm，取内环半径与HM-SIW金属柱边缘距离1mm即Rvia＝Rin-1mm，HM-SIW外环半径可以根据公式(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阶贝塞尔函数的第m个零点值，aeff为HM-SIW有效半径，h为介质基板的厚度，a为HM-SIW实际半径，c为真空中的光速，εr为介质的相对介电常数。同轴馈电端50Ω阻抗匹配可以根据公式(1-3)得到：Zin=60ϵrln(ba)---(1-3)]]>其中，Zin为输入阻抗，a为同轴内半径，b为同轴外半径。通过以上计算出HM-SIW外环半径约为12mm,同轴馈电取a＝0.5mm,b＝1.7mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于产生射频OAM波束的HW‑SIW环形谐振腔结构天线，其特征在于：包括介质基板、设置于介质基板下的接地板、设置于介质基板上的HM‑SIW环形谐振腔；所述HW‑SIW环形谐振腔上沿圆周方向分别开有两个矩形槽，所述HW‑SIW环形谐振腔采用同轴探针进行馈电。

【技术特征摘要】
1.用于产生射频OAM波束的HW-SIW环形谐振腔结构天线，其特征在于：包括介质基板、设置于介质基板下的接地板、设置于介质基板上的HM-SIW环形谐振腔；所述HW-SIW环形谐振腔上沿圆周方向分别开有两个矩形槽，所述HW-SIW环形谐振腔采用同轴探针进行馈电。2.按权利要求1所述用于产生射频OAM波束的HW-SIW环形谐振腔结构天线，其特征在于，所述的HW-SIW环形谐振腔上的两个矩形槽形状、尺寸均相同，且关于HW-SIW环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐红艳，余超，吴润苗，王珂，张建，王晓彤，康凯，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51