一種軌道角動量透鏡天線制造技術

本發明專利技術公開了一種軌道角動量透鏡天線，包括兩個饋源和透射陣列，所述的饋源以偏饋方式布置在透射陣列的下方；雙焦點設計實現天線孔徑面復用，提出了一種超表面口徑復用的設計，實現了兩路正交電磁OAM波束多路復用。本發明專利技術提出了一種超表面口徑復用的設計，實現了兩路正交電磁OAM波束多路復用;將OAM多路復用與MIMO技術相結合，實現高信道容量增益;采用類法布里—珀羅散射型共振單元，有利于提高天線的極化純度。的極化純度。的極化純度。

【技術實現步驟摘要】
一種軌道角動量透鏡天線


[0001]本專利技術涉及通信天線，尤其涉及一種軌道角動量透鏡天線。

技術介紹

[0002]隨著4G和5G時代的到來，移動端數量呈現爆炸式增長態勢、多種流媒體服務和視頻服務也隨之興起。這使得人們對于無線信號的傳輸速率和通信質量的要求越來越高，也在一定程度上促進了現代無線通信技術的快速發展。然而無線通信數據傳輸業務的指數級增長，給原本有限的頻譜資源帶來了不小的挑戰，具體表現在頻譜資源日趨緊張和通信信道日益擁擠等問題。
[0003]對于頻譜資源日趨緊張的問題，國際電信聯盟將載波頻率從Sub
?
6GHz（FR1）拓展到了毫米波mmWave頻段（FR2）。為了滿足更低時延和更高速率傳輸，6G計劃向太赫茲頻段拓展，其中太赫茲頻率泛指在0.1
?
10THz頻段內的電磁波。
[0004]對于信道容量日趨擁擠的問題，科研工作者思考如何在有限的頻譜資源內提升頻譜資源利用率，從而進行更大容量、更高效率的無線數據傳輸。這是當今通信領域研究的熱點問題，同時也是大國間高科技領域的又一場角逐。無線傳輸系統中，常見使用雙極化天線提供多一路的數據流，從而達到增大信道容量的目的。除了以上采用雙極化天線來增大信道容量的做法外，常見的信道容量拓展還有多進多出（MIMO）復用技術，包括頻分復用和極化復用。最新的研究結果表明，攜帶不同拓撲荷的軌道角動量(Orbital Angular Momentum，OAM)電磁波，具有螺旋形波前相位面，且其攜帶的不同模式之間相互正交。各模式之間的信號可實現同時、同頻多路復用傳輸，更重要的是它們相互之間不存在干擾的問題。因此，利用軌道角動量的螺旋相位這一物理特性，可實現不同拓撲荷OAM電磁波之間的復用，進而提高無線通信系統的信道容量增益。
[0005]無線通信系統中，為了提升信道容量一般可以采用雙極化天線和MIMO技術來實現。但是頻譜資源的日益枯竭，促使學術界和工業界開發更加先進的復用技術。渦旋波軌道角動量的研究，有望應用于未來高速率、大信道容量通信?，F有的產生軌道角動量電磁波的幾種方法，分別是螺旋相位板法、拋物面反射器法、反射陣列法、行波天線、基于光學變換的波束發生器和超表面天線法等。以上介紹的天線技術多為單波束的形式，即只能在同一時間內，產生單個OAM波束，無法實現OAM波束復用。目前OAM復用主要有以下方法：一、通過功分饋電網絡對天線陣列進行饋電，從而生成多模式的OAM電磁波，實現OAM模式復用。二、通過巴特勒矩陣饋電網絡實現90
°
相位差以及SIW（Substrate integrate waveguide）功分網絡實現等相位激勵，進而產生OAM電磁波。以上兩種方法都單獨設計饋電網絡，且設計難度隨著復用水平的提高呈現上升趨勢。伴隨頻率的提高，饋電網絡的插入損耗和制備復雜度限制了其應用。同時現有軌道角動量天線存在體積龐大、產生軌道角動量模式有限等問題，無法滿足現代通信系統小型化、大容量、高效率的要求。

技術實現思路

[0006]本專利技術要解決的技術問題是提供一種能夠滿足大信道容量要求的軌道角動量透鏡天線。
[0007]為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是，一種軌道角動量透鏡天線，包括兩個饋源和透射陣列，所述的饋源以偏饋方式布置在透射陣列的下方,雙焦點設計實現天線孔徑面復用，提出了一種超表面口徑復用的設計，實現了兩路正交電磁OAM波束多路復用。
[0008]以上所述的軌道角動量透鏡天線，其采用了OAM多路復用與MIMO技術相結合，實現高信道容量增益。OAM狀態間具有天然正交性，每個OAM狀態都與一個獨立的信道相關，可以在發射機上復用，在同一介質內同軸傳播，在接收機上解復用。因此使用OAM的模分復用提供了傳統頻分復用和極化復用之外的另一種分集方案，有望提高系統容量。
[0009]以上所述的軌道角動量透鏡天線，所述的透射陣列包括兩個介質層和三個金屬層，第一金屬層附在第一介質板的頂面，第二金屬層位于第一介質板與第二介質板之間，第三金屬層附在第二介質板的底面；第一金屬層與第三金屬層為相互垂直的光柵，相移單元中只有與最底層偏振方向相同的電磁波才能穿透，然后電磁波經過沿著對角線分布的對稱結構分解成為x和y極化，y極化波穿透最頂層的金屬柵格。x極化波則在腔內發生類法布里
?
珀羅腔散射過程，這樣一個流程下來將入射水平偏振變換為正交垂直偏振，在一定程度上提高了電磁波的極化純度；第二金屬層包括復數個相移單元，復數個相移單元按M行、N列的矩陣布置。
[0010]以上所述的軌道角動量透鏡天線，所述的相移單元為I形，包括直桿和布置在直桿兩端的同心的圓弧，相移單元的直桿與X軸方向的交角為45
°
；第一金屬層光柵的金屬條沿Y軸方向布置，第二金屬層光柵的金屬條沿Y軸方向布置。
[0011]以上所述的軌道角動量透鏡天線，第二介質板包括上介質層和下介質層，第二金屬層附在上介質層的頂面，第三金屬層附在下介質層的底面。
[0012]以上所述的軌道角動量透鏡天線，相移單元兩個同心圓弧之間存在開口，開口對應的圓心角為α，通過調節圓心角α值的大小來實現相位補償，調節相移單元的相位響應。
[0013]以上所述的軌道角動量透鏡天線，M=N=30，所述矩陣的行間距=矩陣的列間距=1.67mm。
[0014]以上所述的軌道角動量透鏡天線，α值的變化范圍是10
?
130
°
，；為相移單元生成兩個復用OAM波束所需要補償的相位。
[0015]以上所述的軌道角動量透鏡天線，所需要補償的相位；上式中，；相移單元的相位按下式計算：為坐標為x,y相移單元的相位，（x,y）為相移單元的中心坐標值，F為饋源中心到透鏡中心的距離，λ0為中心頻率對應的波長；；下標n為復用波束的序號，l為任意整數。
[0016]本專利技術的軌道角動量透鏡天線不用需要復雜的饋電網絡就能夠實現OAM模式復用，可以滿足現代通信系統小型化、大容量的要求。
附圖說明
[0017]下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。
[0018]圖1是本專利技術實施例軌道角動量透鏡天線的主視圖。
[0019]圖2是本專利技術實施例透射陣列的俯視圖。
[0020]圖3是本專利技術實施例透射陣列的仰視圖。
[0021]圖4是本專利技術實施例透射陣列的立體圖。
[0022]圖5是圖5中Ⅰ部位的局部放大圖。
[0023]圖6是本專利技術實施例透鏡單元的立體圖。
[0024]圖7是本專利技術實施例透鏡單元的分解圖。
[0025]圖8是本專利技術實施例相移單元的立體圖。
[0026]圖9是本專利技術實施例相移單元的俯視圖。
[0027]圖10是本專利技術實施例透鏡單元的相位響應曲線圖。
[0028]圖11是本專利技術實施例透鏡單元的透射系數曲線圖。
[0029]圖12是本專利技術實施例軌道角動量透鏡陣列天線的相位合成圖。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種軌道角動量透鏡天線，包括饋源和透射陣列，其特征在于，所述的饋源為兩個，以偏饋方式布置在透射陣列的下方，雙焦點設計實現天線孔徑面復用，提出了一種超表面口徑復用的設計，實現了兩路正交電磁OAM波束多路復用。2.根據權利要求1所述的軌道角動量透鏡天線，其采用了OAM多路復用與MIMO技術相結合，實現高信道容量增益；OAM狀態間具有天然正交性，每個OAM狀態都與一個獨立的信道相關，可以在發射機上復用，在同一介質內同軸傳播，在接收機上解復用；因此使用OAM的模分復用提供了傳統頻分復用和極化復用之外的另一種分集方案，有望提高系統容量。3.根據權利要求1所述的軌道角動量透鏡天線，其特征在于，所述的透射陣列包括兩個介質層和三個金屬層，第一金屬層附在第一介質板的頂面，第二金屬層位于第一介質板與第二介質板之間，第三金屬層附在第二介質板的底面；第一金屬層與第三金屬層為相互垂直的光柵，相移單元中只有與最底層偏振方向相同的電磁波才能穿透，然后電磁波經過沿著對角線分布的對稱結構分解成為x和y極化，y極化波穿透最頂層的金屬柵格；x極化波則在腔內發生類法布里
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珀羅腔散射過程，這樣一個流程下來將入射水平偏振變換為正交垂直偏振，在一定程度上提高了電磁波的極化純度；第二金屬層包括復數個相移單元，復數個相移單元按M行、N列的矩陣布置。4.根據權利要求3...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃洪平，黃義平，馮波濤，鄧勝豐，白啟昊，
申請(專利權)人：深圳市齊奧通信技術有限公司，
類型：發明
國別省市：