【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线，特别涉及一种ka波段轨道角动量滤波天线。
技术介绍
1、天线，主要用于起到导行电磁波与辐射电磁波之间能量转换的作用，其在无线通信系统中扮演着关键的角色；滤波天线则是通过将具有带外抑制能力的频率选择特性集成至天线中，以有效缩小整个系统体积，提高系统的带外抗干扰能力。
2、轨道角动量(orbital angular momentum，oam)是一种存在于特定波束中的特性；具体为：携带不同拓扑值的轨道角动量使波束天然正交，彼此之间不产生干扰；因此，在有限的频谱资源下，利用轨道角动量可以在不增加频带宽度的情况下极大地提升波束携带信息的容量，从而实现多路通信；通过将不同信息加载到携带不同拓扑值的轨道角动量的波束上，可以在同一频带内进行传输而互不干扰，显著提高信道容量。
3、目前，现有的oam天线主要采用平面印制电路板工艺的微带天线和反射面天线构建，但在天线效率、功率容量和带外干扰抑制方面存在限制，难以满足未来5g/6g通信的需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种ka波段轨道角动量滤波天线，以解决现有的oam天线在天线效率、功率容量和带外干扰抑制方面存在限制，难以满足未来5g/6g通信的需求的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术提供了一种ka波段轨道角动量滤波天线，包括滤波功分器、移相器模块、扭转波导模块及喇叭天线模块；所述滤波功分器、所述移相器模块
4、所述滤波功分器，用于对接收的电磁能量进行滤波处理，并将滤波处理后的电磁能量均分为若干路电磁波；其中，所述滤波功分器整体呈环形立体结构；
5、所述移相器模块设置在所述滤波功分器的底部，用于对所述若干路电磁波进行相位调整，获得若干路不同相位的电磁信号；其中，所述移相器模块的输出端朝所述滤波功分器的底端内侧弯曲；
6、所述扭转波导模块竖向设置在所述滤波功分器的环形空腔内，用于接收所述若干路不同相位的电磁信号，并将所述若干路不同相位的电磁信号转化为若干路极化方向相同的电磁信号；
7、所述喇叭天线模块设置在所述扭转波导模块的上方，用于接收所述若干路极化方向相同的电磁信号并输出若干路oam波束。
8、进一步的，所述滤波功分器采用一分八滤波功分器，所述一分八滤波功分器能够实现十一阶滤波响应和一分八功率分配功能；其中，所述一分八滤波功分器采用若干矩形振腔拼接而成，所述矩形振腔的谐振模式为te101模式。
9、进一步的，所述滤波功分器包括从上到下分层设置的输入端口、第一振腔单元层、第二振腔单元层、两个第三振腔单元层、四个第四振腔单元层及八个输出端口；
10、所述输入端口的上端用于与外接信号源相连，所述输入端口的下端与所述第一振腔单元层的上端相连，所述第一振腔单元层的下端与所述第二振腔单元层的上端中部相连；
11、两个所述第三振腔单元层对称设置在所述第二振腔单元层的下方两端；其中，第一个第三振腔单元层位于所述第二振腔单元层的第一端下方，且所述第二振腔单元层的第一端底面与第一个第三振腔单元层的上端中部相连；第二个第三振腔单元层位于所述第二振腔单元层的第二端下方，且所述第二振腔单元层的第二端底面与第二个第三振腔单元层的上端中部相连；
12、其中两个所述第四振腔单元层对称设置在第一个第三振腔单元层的下方两端，剩余两个所述第四振腔单元层对称设置在第二个第三振腔单元层的下方两端；具体的，第一个第四振腔单元层的上端中部与第一个第三振腔单元层的第一端底面相连，第二个第四振腔单元层的上端中部与第一个第三振腔单元层的第二端底面相连，第三个第四振腔单元层的上端中部与第二个第三振腔单元层的第一端底面相连，第四个第四振腔单元层的上端中部与第二个第三振腔单元层的第二端底面相连；
13、每个第四振腔单元层的下方两端分别设置有两个输出端口；其中，所述输出端口的上端与所述第四振腔单元层的端部底面相连。
14、进一步的，所述第一振腔单元层包括一个矩形振腔；所述第二振腔单元层包括呈圆弧形分布且依次相连的九个矩形振腔；所述第三振腔单元层包括呈圆弧形分布且依次相连的五个矩形振腔；所述第四振腔单元层包括呈圆弧形分布且依次相连的三个矩形振腔；其中，所有所述矩形振腔的谐振模式均为te101模式。
15、进一步的，所述移相器模块包括若干个u型波导移相器，若干所述u型波导移相器呈环形阵列分布；其中，所述u型波导移相器的个数与所述滤波功分器1输出的电磁波的路数相同，每个所述u型波导移相器采用将矩形波导弯折180°形成。
16、进一步的，相邻两个所述u型波导移相器输出的电磁信号的相位差为45°。
17、进一步的，所述扭转波导模块包括竖向设置的若干扭转波导本体，且若干所述扭转波导本体呈环形阵列分布；所述扭转波导本体包括从下到上依次设置的输入波导段、第一扭转波导段、第二扭转波导段及输出波导段；
18、其中，所述输入波导段及所述输出波导段均为矩形波导；所有所述扭转波导本体中的所述输入波导段呈环形阵列分布，所述输入波导段的下端用于与所述移相器模块的对应输出口相连；所有所述扭转波导本体中的所述输出波导段呈环形阵列分布，所述输出波导段的上端用于与喇叭天线模块的对应输入口相连，且所有所述扭转波导本体中的所述输出波导段的长轴方向平行设置。
19、进一步的，所述喇叭天线模块包括若干喇叭天线本体，若干所述喇叭天线本体呈环形阵列分布，且所有所述喇叭天线本体的喇叭口面方向一致。
20、进一步的，所述喇叭天线本体的e面方向图波束宽度与h面方向图波束宽度相同。
21、进一步的，在频率为25.9-29.9ghz条件下，所述ka波段轨道角动量滤波天线的反射系数小于-13db，传输系数为-9.2db；所述ka波段轨道角动量滤波天线在工作频带内的增益为13.5db。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
23、本专利技术提供了一种ka波段轨道角动量滤波天线，采用具有空气填充的全金属结构的滤波功分器、移相器模块、扭转波导模块及喇叭天线模块组合而成，将滤波功分器整体设置为环形立体结构，将移相器模块的输出端朝滤波功分器的底端内侧弯曲，并利用扭转波导模块对电磁信号的极化方向进行转化，之后通过喇叭天线模块实现oam波束的输出，在降低天线整体尺寸的同时，有效提升了天线的带外增益抑制能力；由于全金属结构的机械强度高，可以耐受较高温度；在热力学方面，具备承载高功率电磁能量的条件；在电磁学方面，利用空气填充能够具有较高的击穿电压，为承载高功率电磁能量提供基础；同时，空气填充的结构避免了介质损耗，使其天然具备低损耗，高效率的特征；因此，具有天线效率高、功率容量大以及带外增益抑制能力强的特点。
24、进一步的，一分八滤波功分器采用若干矩形振腔拼接而成，并能够实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，包括滤波功分器(1)、移相器模块(2)、扭转波导模块(3)及喇叭天线模块(4)；所述滤波功分器(1)、所述移相器模块(2)、所述扭转波导模块(3)及所述喇叭天线模块(4)均为空气填充的全金属结构；
2.根据权利要求1所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述滤波功分器(1)采用一分八滤波功分器，所述一分八滤波功分器能够实现十一阶滤波响应和一分八功率分配功能；其中，所述一分八滤波功分器采用若干矩形振腔拼接而成，所述矩形振腔的谐振模式为TE101模式。
3.根据权利要求1所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述滤波功分器(1)包括从上到下分层设置的输入端口(11)、第一振腔单元层(12)、第二振腔单元层(13)、两个第三振腔单元层(14)、四个第四振腔单元层(15)及八个输出端口(16)；
4.根据权利要求3所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述第一振腔单元层(12)包括一个矩形振腔；所述第二振腔单元层(13)包括呈圆弧形分布且依次相连的九个矩形振腔；所述第三
5.根据权利要求1所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述移相器模块(2)包括若干个U型波导移相器(21)，若干所述U型波导移相器(21)呈环形阵列分布；其中，所述U型波导移相器(21)的个数与所述滤波功分器1输出的电磁波的路数相同，每个所述U型波导移相器(21)采用将矩形波导弯折180°形成。
6.根据权利要求5所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，相邻两个所述U型波导移相器(21)输出的电磁信号的相位差为45°。
7.根据权利要求1所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述扭转波导模块(3)包括竖向设置的若干扭转波导本体(31)，且若干所述扭转波导本体(31)呈环形阵列分布；所述扭转波导本体(31)包括从下到上依次设置的输入波导段(301)、第一扭转波导段(302)、第二扭转波导段(303)及输出波导段(304)；
8.根据权利要求1所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述喇叭天线模块(4)包括若干喇叭天线本体(41)，若干所述喇叭天线本体(41)呈环形阵列分布，且所有所述喇叭天线本体(41)的喇叭口面方向一致。
9.根据权利要求1所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述喇叭天线本体(41)的E面方向图波束宽度与H面方向图波束宽度相同。
10.根据权利要求1所述的一种Ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，在频率为25.9-29.9GHz条件下，所述Ka波段轨道角动量滤波天线的反射系数小于-13dB，传输系数为-9.2dB；所述Ka波段轨道角动量滤波天线在工作频带内的增益为13.5dB。
...【技术特征摘要】
1.一种ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，包括滤波功分器(1)、移相器模块(2)、扭转波导模块(3)及喇叭天线模块(4)；所述滤波功分器(1)、所述移相器模块(2)、所述扭转波导模块(3)及所述喇叭天线模块(4)均为空气填充的全金属结构；
2.根据权利要求1所述的一种ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述滤波功分器(1)采用一分八滤波功分器，所述一分八滤波功分器能够实现十一阶滤波响应和一分八功率分配功能；其中，所述一分八滤波功分器采用若干矩形振腔拼接而成，所述矩形振腔的谐振模式为te101模式。
3.根据权利要求1所述的一种ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述滤波功分器(1)包括从上到下分层设置的输入端口(11)、第一振腔单元层(12)、第二振腔单元层(13)、两个第三振腔单元层(14)、四个第四振腔单元层(15)及八个输出端口(16)；
4.根据权利要求3所述的一种ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述第一振腔单元层(12)包括一个矩形振腔；所述第二振腔单元层(13)包括呈圆弧形分布且依次相连的九个矩形振腔；所述第三振腔单元层(14)包括呈圆弧形分布且依次相连的五个矩形振腔；所述第四振腔单元层(15)包括呈圆弧形分布且依次相连的三个矩形振腔；其中，所有所述矩形振腔的谐振模式均为te101模式。
5.根据权利要求1所述的一种ka波段轨道角动量滤波天线，其特征在于，所述移相器模块(2)包括若干个u型波导移相器(21)，若干...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建星，李泽霆，吴思凡，曹元熙，闫森，陈娟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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