用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线制造技术

本发明专利技术提供一种用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线，包括，从上往下依次连接的第一板，第二板和第三板；第一板包括，第一介质层，覆盖在第一介质层上表面的天线层；第二板包括，第二介质层，覆盖在第二介质层上表面的耦合层，以及覆盖在第二介质层下表面的接地层；第三板包括，第三介质层，覆盖在第三介质层下表面的相位控制微带线层。本发明专利技术提供的用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线，通过控制馈源相位以产生多种模态轨道角动量涡旋电磁波束，简化了馈源系统，且降低了生产成本。

Microstrip phased array antenna for generating multi mode OAM vortex electromagnetic beam

The present invention provides a method for generating multi modal OAM microstrip electromagnetic vortex beam phased array antenna, including the first plate from top to bottom connection, the second and the third; the first plate includes a first dielectric layer, covering the antenna surface layer over the first dielectric layer; the second plate includes second dielectric layers cover the surface of the second coupling layer on the dielectric layer, and covering the second dielectric layer under the surface of the ground; the third includes third dielectric layer, third dielectric layer covered on the lower surface of the microstrip phase control layer. The microstrip phased array antenna for generating multi-mode OAM vortex electromagnetic beam is generated by controlling the feed phase to generate multiple modes of orbital angular momentum eddy electromagnetic beam, which simplifies the feed system and reduces the production cost.

【技术实现步骤摘要】
用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线
本专利技术涉及电磁场、电磁波与天线
，尤其涉及一种用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线。
技术介绍
近年来，随着无线通信技术在信息通信领域的广泛应用以及移动终端数量的爆发式增长，在无线通讯中，频谱资源的有限性与人们日益增长的带宽需求之间的矛盾越来越突出。如何有效地使用现有的频谱资源并解决快速增长的频率需求成为急需解决的关键问题。在提高频谱资源利用率的技术中，复用技术是最为直接同时也是最为有效的方法，在已经成熟的频分复用、时分复用、码分复用、波分复用、空分复用技术仍不能满足人们对于带宽的需求之后“态(模)分复用”成为又一个能够进一步提高频谱资源利用率的复用技术，同时成为今天无线通信技术研究的一个新的热点。由麦克斯韦尔的经典理论可知：电磁波不仅可以携带能量，同时也可以携带动量，其中动量又可分为线性动量和角动量，角动量包括自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。而OAM最早起源于1992年荷兰的物理学家L.Allen在做关于拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian)激光束的实验中对轨道角动量的发现。2007年，瑞典空间物理所Thidé等人的研究，证明了可以使用矢量天线阵来产生电磁涡旋波束，这是第一次有人将OAM引入到微波频域。2010年Mohammadi等人通过仿真实验，验证了相控阵列天线可以产生涡旋电磁波束的假设，通过这次尝试，使得阵列天线产生涡旋电磁波这一研究方向日益火爆起来。2012年Tamburini等人，首次实现了在442米的距离上，使用两个拥有不同OAM的电磁波，在同一频率下进行编码传输，这次实验验证了OAM用于无线通信的可行性。自马可尼第一次发射无线电波以来，无线电通讯技术就一直是将电磁波的振幅、初相、频率等线性动量进行调制，从而实现信息的携带与传输，并且具有相同频率、相同相位的调制信号，如果使用同一种编码在同一时隙中，那么一个物理信道一次只能传输一路信号。由于各种智能终端的数量的剧增，使其容量与物理极限已经非常接近，因此需要开发新的技术去满足未来无线电通讯技术的更高需求。2007年，瑞典空间物理所的Thidé等人在进行携带有轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)的涡旋光束实验中得到启示，而且他们结合涡旋光束的相关理论与技术研究，最先提出电磁涡旋(EMVortex)这一概念，并对电磁涡旋能够提高通信系统容量和效率这一观点进行了假设。涡旋电磁波以其等相位面为涡旋状而得名，是一种携带新型自由度--轨道角动量(OAM)的电磁波，它在无线通讯、雷达成像等领域具有开阔的应用前景。携带有不同轨道角动量的电磁波之间相互正交，态(模)分复用技术正是利用涡旋电磁波不同模态之间的这种正交性实现同一频率、同一时间、同一编码的复用。目前，现有技术中，用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的相控阵列具有复杂的馈源系统且制造成本昂贵。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线，通过控制馈源相位以产生多种模态轨道角动量涡旋电磁波束，简化了馈源系统，且降低了生产成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线，包括，从上往下依次连接的第一板，第二板和第三板；第一板包括，第一介质层，覆盖在第一介质层上表面的天线层；第二板包括，第二介质层，覆盖在第二介质层上表面的耦合层，以及覆盖在第二介质层下表面的接地层；第三板包括，第三介质层，覆盖在第三介质层下表面的相位控制微带线层。进一步地，天线层包括由24个天线单元组成的天线阵，每个天线单元为圆形贴片天线单元，24个天线单元覆盖在第一介质层上形成内层和外层，且其中8个天线单元均匀分布形成内层，以及16个天线单元均匀分布形成外层，内层和外层的圆心相同，内层上的任一天线单元的圆心与内层的圆心的距离为内层半径，外层上的任一天线单元的圆心与外层的圆心的距离为外层半径，且内层半径为29.5mm，外层半径为59.5mm；耦合层包括24个耦合微带线，24个耦合微带线的位置分布与24个天线单元相对应，一个耦合微带线唯一对应于一个天线单元，且每个耦合微带线的中心与其对应的天线单元的圆心处于同一纵向线上，每个耦合微带线为矩形，且长为12mm，宽为1.515mm，每个耦合微带线远离内层中心的位置处设置有一个馈电点，且每个馈电点的直径为1mm；第二介质层上设置有24个第一过孔，每个第一过孔的直径为1mm，24个第一过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第一过孔唯一对应于一个馈电点，且每个第一过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上；接地层上设置有24个第二过孔，每个第二过孔的直径为3mm，24个第二过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第二过孔唯一对应于一个馈电点，且每个第二过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上；第三介质层上设置有24个第三过孔，每个第三过孔的直径为1mm，24个第三过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第三过孔唯一对应于一个馈电点，且每个第三过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上，第三介质层上处还设置有一接地过孔，接地过孔的直径为1mm；相位控制微带线层上设置有24个第四过孔，每个第四过孔的直径为1mm，24个第四过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第四过孔唯一对应于一个馈电点，且每个第四过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上；相位控制微带线层上均匀分布有8条内层微带线，且每两条内层微带线之间设置一外层微带线；每条内层微带线上设置有第一开关二极管组，且每条内层微带线的一端连接于原点，另一端连接于内层上的一个对应位置处的第四过孔；每条外层微带线上设置有串联连接的第二开关二极管组和第三开关二极管组，且每条外层微带线的一端连接于原点，另一端连接于外层上的第四过孔，且第三开关二极管组的两端分别连接两个相邻的第四过孔；每个第四过孔处的微带线通过馈电导体依次穿过第三介质层、接地层、第二介质层与耦合层上的对应的馈电点固定连接，且馈电导体的直径为1mm，其中，微带线包括内层微带线和外层微带线；同轴馈源内导体与原点处连接，同轴馈源外导体穿过接地过孔与接地层固定连接。进一步地，第一板，第二板和第三板为矩形板，三个矩形板的长相等，宽相等，且长为150mm，宽为150mm。进一步地，天线层，耦合层，接地层，相位控制微带线层的材质为铜；天线层的厚度为18um，耦合层的厚度为18um，接地层的厚度为18um，相位控制微带线层的厚度为35um；第一介质层的厚度为0.5mm，第二介质层的厚度为2mm，第三介质层的厚度为0.8mm。进一步地，圆形贴片天线单元的直径为18.55mm。进一步地，微带线的宽度为0.719mm。进一步地，第一开关二极管组包括7个开关二极管，分别为从原点至第四过孔顺次串联连接的第一管、第三管、第五管和第七管，以及与第一管并联的第二管，与第三管并联的第四管，与第五管并联的第六管，相并联的两个开关二极管不同时导通，且第二管导通产生的相位延迟为45°，第四管导通产生的相位延迟为90°，第六管导通产生的相位延迟为180°，第七管为内层天线的供电总开关；第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线，其特征在于，包括，从上往下依次连接的第一板，第二板和第三板；所述第一板包括，第一介质层，覆盖在所述第一介质层上表面的天线层；所述第二板包括，第二介质层，覆盖在所述第二介质层上表面的耦合层，以及覆盖在所述第二介质层下表面的接地层；所述第三板包括，第三介质层，覆盖在所述第三介质层下表面的相位控制微带线层。

【技术特征摘要】
1.一种用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线，其特征在于，包括，从上往下依次连接的第一板，第二板和第三板；所述第一板包括，第一介质层，覆盖在所述第一介质层上表面的天线层；所述第二板包括，第二介质层，覆盖在所述第二介质层上表面的耦合层，以及覆盖在所述第二介质层下表面的接地层；所述第三板包括，第三介质层，覆盖在所述第三介质层下表面的相位控制微带线层。2.根据权利要求1所述的用于产生多模态OAM涡旋电磁波束的微带相控阵列天线，其特征在于，所述天线层包括由24个天线单元组成的天线阵，每个所述天线单元为圆形贴片天线单元，所述24个天线单元覆盖在所述第一介质层上形成内层和外层，且其中8个天线单元均匀分布形成内层，以及16个天线单元均匀分布形成外层，所述内层和所述外层的圆心相同，所述内层上的任一天线单元的圆心与内层的圆心的距离为内层半径，所述外层上的任一天线单元的圆心与外层的圆心的距离为外层半径，且所述内层半径为29.5mm，所述外层半径为59.5mm；所述耦合层包括24个耦合微带线，所述24个耦合微带线的位置分布与所述24个天线单元相对应，一个耦合微带线唯一对应于一个天线单元，且每个所述耦合微带线的中心与其对应的天线单元的圆心处于同一纵向线上，每个所述耦合微带线为矩形，且长为12mm，宽为1.515mm，每个所述耦合微带线远离内层中心的位置处设置有一个馈电点，且每个所述馈电点的直径为1mm；所述第二介质层上设置有24个第一过孔，每个所述第一过孔的直径为1mm，所述24个第一过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第一过孔唯一对应于一个馈电点，且每个所述第一过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上；所述接地层上设置有24个第二过孔，每个所述第二过孔的直径为3mm，所述24个第二过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第二过孔唯一对应于一个馈电点，且每个所述第二过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上；所述第三介质层上设置有24个第三过孔，每个所述第三过孔的直径为1mm，所述24个第三过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第三过孔唯一对应于一个馈电点，且每个所述第三过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上，所述第三介质层上处还设置有一接地过孔，所述接地过孔的直径为1mm；所述相位控制微带线层上设置有24个第四过孔，每个所述第四过孔的直径为1mm，所述24个第四过孔的位置分布与24个馈电点相对应，一个第四过孔唯一对应于一个馈电点，且每个所述第四过孔的中心与其对应的馈电点的中心处于同一纵向线上；所述相位控制微带线层上均匀分布有8条内层微带线，且每两条内层微带线之间设置一外层微带线；每条所述内层微带线上设置有第一开关二极管组，且每条所述内层微带线的一端连接于原点，另一端连接于内层上的一个对应位置处的第四过孔；每条所述外层微带线上设置有串联连接的第二开关二极管组和第三开关二极管组，且每条所述外层微带线的一端连接于所述原点，另一端连接于外层上的第四过孔，且所述第三开关二极管组的两端分别连接两个相邻的第四过孔；每个第四过孔处的微带线通过馈电导体依次穿过所述第三介质层、所述接地层、所述第二介质层与所述耦合层上的对应的馈电点固定连接，且所述馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜永兴，王艳洋，赵宇，秦岭，李宝山，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15