【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，特别是涉及一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线。
技术介绍
1、当下社会已经步入信息化时代，大部分信息传输依赖电磁波。随着通信需求的飞速增长，无线通信技术不断创新发展。第五代移动通信技术(5g)的出现带来了移动终端数量的迅速增加，同时也将无线通信延伸至更广泛的领域，特别是物联网的兴起。然而，这也加剧了对目前用于民用无线通信频段的压力，导致可用通信频段资源日益紧缺。为解决通信需求激增带来的问题，通信技术的研究已经扩展至毫米波段，旨在拓展可利用的电磁波频段。然而，现有的信道复用技术，无论是早期的频分复用、码分复用，还是正交频分复用、稀疏码分多址等技术，都是基于信号的频率、幅度、极化、相位等物理特性进行调制发展的。在有限的通信频段下，它们在提高频谱利用率方面存在一定的局限性。
2、天线在通信系统中扮演着发射和接收电磁波的重要角色，是系统不可或缺的组成部分。传统的微带天线通常是谐振式的，其相对带宽较窄，这成为微带阵列天线应用的一个障碍。轨道角动量在光学领域广泛应用，但在无线通信领域尚属起步。oam是电磁波的一种固有特性，与传统复用技术不同，它为电磁波引入了新的自由度。通过设计能够产生携带oam的涡旋电磁波束的天线，成为将oam电磁波应用于无线通信系统的基础。
3、1992年，物理学家allen通过测量携带轨道角动量的光子在两个悬挂的柱面透镜转化时受到的扭矩，证明了laguerre-gaussian(lg)光束携带oam，并推导了角动量与动量、能流之间的关系。由于涡旋电磁波的表达式含有
4、螺旋相位板虽然结构简单，但其体积较大，而且只能产生单一oam模态，难以实现模态的多路复用。超表面采用单元离散相位调控，能够生成不同模态的涡旋波，具有较小的发散角，但存在着模式单一的问题。相比之下，圆形阵列能够实现多模态调控,其结构简单且设计灵活，但其馈电网络复杂，同时涡旋波的发散角较大，这些因素都在一定程度上制约了其进一步的发展。因此，针对这些不同的oam产生方法，需要持续进行优化和改进，以寻找更高效、更灵活、更可靠的技术路径。
技术实现思路
1、专利技术目的：为解决现有微带天线无法同时具备小型化、多频带和宽频带的问题以及为解决现有的oam产生方法存在的模式单一、难以实现模态的多路复用、馈电网络复杂、涡旋波的发散角较大等问题，本专利技术提出了一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，能有效地提高了频带利用率，对oam复用技术在微波射频领域的发展具有重要的意义，为日益拥挤的频谱利用带来新的频率复用方式。
2、技术方案：一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，包括天线阵列和馈电网络；所述天线阵列包括介质基板、设置在所述介质基板上表面上的多个天线单元和设置在所述介质基板下表面上的金属接地板；
3、多个天线单元呈中心对称且沿圆周等角间距分布在介质基板的上表面上；每个天线单元的结构均为扇形蝶状结构；
4、通过改变天线单元间激励信号的等相位差值，实现改变涡旋电磁波的模态数，表示为：为各天线单元间的馈电相位差，l为涡旋电磁波的模态数。
5、进一步的，所述馈电网络包括传输线馈电端口和传输线，所述传输线位于介质基板的上表面，传输线馈电端口通过传输线连接对应的天线单元。
6、进一步的，具有扇形蝶状结构的天线单元是通过将蝶形结构的天线单元的臂拉长展宽，使两侧末端形成圆弧结构得到。
7、进一步的，所述介质基板为fr4介质基板，该fr4介质基板的介质损耗角为0.02°，相对介电常数为4.4，介质基板的厚度为3.1mm，介质基板的面积45mm×45mm。
8、进一步的，所述天线阵列的面积为90mm×90mm。
9、进一步的，所述传输线为50ω阻抗的传输线。
10、进一步的，所述天线单元的数量为4个。
11、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
12、(1)本专利技术以传统蝶形振子为基础，采用扇形蝶状结构使4个振子单元形成稳定的相位差，以此得到的阵列天线具有结构简单、体积小的优点；
13、(2)本专利技术以扇形蝶状振子为阵元构建四元均匀圆形阵列天线，这种宽带涡旋波天线单元及其阵列具备多模态、小型化和较小的发散角，通过精密的相移网络，对每个天线单元的馈电相位进行精确调控，使得可以灵活切换到不同模态的涡旋波，因此本专利技术不仅可以在同一频段产生多种oam涡旋电磁波，弥补了只能产生单一oam模态的不足，而且能有效提高频带利用率，对oam复用技术在微波射频领域的发展具有重要意义。
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1.一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：包括天线阵列和馈电网络；所述天线阵列包括介质基板、设置在所述介质基板上表面上的多个天线单元和设置在所述介质基板下表面上的金属接地板；
2.根据权利要求1所述的一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：所述馈电网络包括传输线馈电端口和传输线，所述传输线位于介质基板的上表面，传输线馈电端口通过传输线连接对应的天线单元。
3.根据权利要求1所述的一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：具有扇形蝶状结构的天线单元是通过将蝶形结构的天线单元的臂拉长展宽，使两侧末端形成圆弧结构得到。
4.根据权利要求1所述的一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：所述介质基板为FR4介质基板，该FR4介质基板的介质损耗角为0.02°，相对介电常数为4.4，介质基板的厚度为3.1mm，介质基板的面积45mm×45mm。
5.根据权利要求1所述的一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：所述天线阵列的面积为90mm×90mm。
6.根
7.根据权利要求1所述的一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：所述天线单元的数量为4个。
...【技术特征摘要】
1.一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：包括天线阵列和馈电网络；所述天线阵列包括介质基板、设置在所述介质基板上表面上的多个天线单元和设置在所述介质基板下表面上的金属接地板；
2.根据权利要求1所述的一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：所述馈电网络包括传输线馈电端口和传输线，所述传输线位于介质基板的上表面，传输线馈电端口通过传输线连接对应的天线单元。
3.根据权利要求1所述的一种扇形蝶状宽带多模态涡旋电磁波的阵列天线，其特征在于：具有扇形蝶状结构的天线单元是通过将蝶形结构的天线单元的臂拉长展宽，使两侧末端形成圆弧结构得到。
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李思，任宣，毛云龙，沈伊凡，邓小乔，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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