一种基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线制造技术

本申请提供一种基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线，该涡旋波天线由微带天线贴片、介质基板和接地板组成，微带天线贴片由环形谐振器和微带馈线组成，微带馈线在边缘侧设置阻抗匹配段。在端口激励的情况下，产生射频涡旋波，用以形成小型化射频涡旋波天线。随着圆环谐振半径的改变，射频涡旋波天线在一定工作频率下产生的涡旋波模式也会发生变化；在相同半径的结构尺寸下，不同频率处也会产生不同模式的涡旋波信号，实现紧凑结构下涡旋波天线的模式可调功能。本申请提供的射频涡旋波天线选用基于环形谐振器的涡旋波束产生装置，结构简洁，尺寸紧凑，制造简便，克服了传统多单元涡旋波束天线阵结构复杂，尺寸较大的缺点。该小型化射频涡旋波天线，可以通过调节环形谐振器结构半径或选择工作频率，得到不同模式的涡旋电磁波，对于促进射频涡旋波天线在小型化方向的发展具有重大的现实意义。的发展具有重大的现实意义。的发展具有重大的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线


[0001]本申请涉及天线
，尤其涉及一种基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线。

技术介绍

[0002]涡旋电磁波是一种特殊的电磁波，具有螺旋相位波前和环形强度分布，由于其在光学成像、粒子操纵和量子信息处理等方面的优异性能而受到广泛关注。除了这些已涉及的领域外，涡旋波束也已应用于现代光/微波通信系统中。涡旋波在理论上可以提供无限的可实现模式，由于不同模态之间固有的正交性，涡旋波束通过将信息编码为波束的轨道角动量模态或利用涡旋波束作为信息载体进行多路复用，具有提高通信容量和频谱效率的潜力。因此，涡旋电磁波引起了科学界和工程界的广泛关注。
[0003]为了实现涡旋波的实际应用，产生涡旋电磁波的装置是至关重要的。自螺旋相控波束产生以来，已经设计出了大量用于产生涡旋波束的设备。常用的方案通常是利用螺旋相位板、空间光调制器、计算机全息图或超表面设计产生涡旋电磁波束。电磁波之间的干扰也使得天线阵可以获得涡旋光束。虽然许多涡旋波束产生技术已经在光学领域得到了验证，但在射频领域对涡旋波的研究仍处于起步阶段。
[0004]螺旋相位板、天线阵和超表面可以应用于射频波段的涡旋电磁波束产生。然而，大多数传统的方法存在结构复杂、制造困难、成本高等缺点，限制了其实际应用。特别是在馈电方式上，螺旋相位板和超表面都需要额外的天线来提供信号源。这一需求无疑将增加整个涡旋电磁波束产生系统的尺寸和复杂性。到目前为止，只有少数设计采用单馈结构实现射频域涡旋电磁波束产生。单馈源产生涡旋电磁波束的典型方法是基于介质谐振器或圆极化贴片天线。通过这些方法，利用高阶横向磁模(TM)形成不同的轨道角动量模态。三维螺旋天线的设计也是产生涡旋电磁波束的一种方法，尽管产生了连续可变模态的涡旋波束，但该方法依赖于特殊的螺旋结构和馈电网络，因此不容易集成。
[0005]目前射频涡旋波天线的设计具有结构复杂、尺寸大的缺点，不利于小型化应用。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线。环形贴片天线用环形谐振器将导入电磁波进行增强，在一定尺寸结构下，工作频率下的波长可以被辐射出去，产生涡旋波束。这样的环形结构有效降低了天线的整体尺寸，旨在解决现有涡旋波天线结构复杂和尺寸较大的缺点。
[0007]为实现以上目的，本申请提供一种基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线，由微带天线贴片、介质基板和接地板组成，微带天线贴片由环形谐振器和微带馈线组成，微带馈线在边缘侧设置阻抗匹配段。
[0008]优选地，所述环形谐振器设置在介质基板上层中央，微带馈线沿切线接入环形谐振器；
[0009]优选地，所述环形谐振器的半径应满足以下公式：
[0010][0011]r为环形贴片天线的平均半径，m为设计的涡旋波模式数，λ为工作频段对应的波长。
[0012]优选地，所述介质基板为覆铜板，整体尺寸为56
×
56
×
2.036mm3，介质层厚度为2mm，介电常数为2.65，上下金属层厚度为0.018mm。
[0013]优选地，所述环形谐振器和微带馈线在连接处的宽度相同。
[0014]优选地，所述微带馈线的在介质基板边缘处设置阻抗匹配段。
[0015]优选地，所述阻抗匹配段的馈线宽度为5.46mm，长度为5.6mm。
[0016]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0017](1)本申请提供一种基于环形谐振器的小型化的射频涡旋波天线，环形贴片天线用环形谐振器将导入电磁波进行增强，在一定尺寸结构下，工作频率下的波长可以被辐射出去，产生涡旋波束。这样的环形结构有效降低了天线的整体尺寸。
[0018](2)本申请提供一种基于环形谐振器的小型化的射频涡旋波天线，为单环形谐振器和单馈源机构，在外加波导端口的激励下，所需频段波长在环形谐振器中放大，根据结构尺寸设计辐射对应的涡旋波束。随着环形谐振器半径的改变，产生不同模式数的涡旋波束，实现射频涡旋波天线的模式数调节。另外在特定尺寸结构下，不同波频率下会在环形谐振器中产生不同种模式数的涡旋波波束。本申请提供的小型化射频涡旋波天线改变了以往涡旋波天线阵阵元结构数量多，结构复杂的缺点。小型化射频涡旋波天线在环形谐振器半径选择均可随设计需求调节，调节方式简单，对于促进射频涡旋波天线在小型化发展具有重大的现实意义。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0020]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0021]图2为图1的俯视图；
[0022]图3为本专利技术实施例1中模式为1的涡旋波天线不同相位时的电场分布图；
[0023]图4为本专利技术实施例1中的射频涡旋波天线三种模式下的反射系数曲线；
[0024]图5a
‑
c为本专利技术实施例1中的射频涡旋波天线在三种模式下的结构示意图、相位分布图和三维远场方向图；
[0025]图6为本专利技术实施例2中的射频涡旋波天线反射系数曲线；
[0026]图7a和7b为本专利技术实施例2中的射频涡旋波天线在三种模式下的相位分布图和三位方向图；
[0027]附图标号：
[0028]10
‑
微带贴片天线；11
‑
环形谐振器；121
‑
微带馈线；122
‑
阻抗匹配段；20
‑
介质基板；30
‑
接地板。
具体实施方式
[0029]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]本申请提供一种小型化射频涡旋波天线，请参阅图1，以及图5a，图中环形金属贴片为环形谐振器，小型化射频涡旋波天线包括金属贴片天线10、介质基板20和接地板30，金属贴片天线由环形谐振器11、微带馈线121和阻抗匹配段122相连而成，其中，环形谐振器11的宽度与微带馈线121宽度相等，馈线阻抗匹配段122设置在波导端口侧。
[0031]优选地，所述环形谐振器10设置在介质基板上层中央，微带馈线沿切线接入环形谐振器。
[0032]优选地，所述环形谐振器10的半径应满足以下公式：
[0033][0034]r为环形贴片天线的平均半径，m为设计的涡旋波模式数，λ为工作频段对应的波长。
[0035]优选地，请参阅图1和图2，所述介质基板为覆铜板，整体尺寸为56
×
56
×
2.036mm3，介质层20厚度为2mm，介电常数为2.65，上下金属层厚度为0.018mm。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线，其特征在于，包括微带天线贴片、介质基板和接地板组成，所述微带天线贴片由环形谐振器和微带馈线连接而成，微带馈电在边缘侧设置阻抗匹配段；所述微带天线贴片上表面刻制金属贴片天线，所述接地板设置于介质基板的下表面。2.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的小型化射频涡旋波天线，其特征在于所述环形谐振器位于介质基板上层中央位置。3.根据权利要求1所述的基于环形谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕科，曹进清，兰楚文，许建春，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：