CN105071034A - 一种多模态oam涡旋电磁波微带阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，包括介质基板、若干阵元以及与各阵元对应的同轴馈线和输入端口，所述阵元采用圆极化方形切角贴片天线；所述阵元沿圆周等距排列在所述介质基板的一面，所述介质基板的另一面附上金属薄层作为接地面，所述输入端口通过同轴馈线连接对应阵元。本发明实现了在同一频点同时产生多种OAM模态的涡旋电磁波，适用于当下最流行的Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等无线通信。本发明能够产生性能良好的具有轨道角动量与圆极化双重特性的涡旋电磁波，涡旋电磁波用于多路复用，可以在单个信道发送多个同轴数据流，从而在不增加带宽的情况下最大化的提高频谱利用率和系统容量。

Description

一种多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线。

背景技术

根据经典电动力学理论，电磁辐射可以同时携带能量以及角动量，角动量是由描述极化状态的自旋角动量(Spinangularmomentum，SAM)和描述螺旋相位结构的轨道角动量(Orbitalangularmomentum，OAM)组成。自旋角动量与光子的自旋相关，呈现出一种圆偏振的表现形式，20世纪初Poynting就预测了SAM的存在，但是直到1936年Beth通过实验验证之后SAM才被广泛应用，而OAM是与光子的空间分布相关。1838年，Airy发现了在透镜的焦平面上有异常光环形成；1967年，Boivin等人分析发现该光环的能流中存在着绕焦平面轴线旋转的涡旋，表明光场中存在轨道角动量；1974年，Nye等人将晶体中的缺陷概念引入波动问题，证明了波前中的相位缺陷是导致光学涡旋产生的原因；1979年，Vaughan等人分析了具有螺旋波前光束的干涉特性；1981年，Baranova等人分析了散斑光场中的光涡，发现光涡产生概率是一定的，并且在散斑场中不能形成高拓扑荷的光涡；1989年，Coullet等人分析了具有高菲涅耳数的激光腔，发现腔内光场具有类似于超流体涡旋的特点，他们采用Maxwell-Bloch模型从理论角度阐释了涡旋解的存在，促进了关于光束轨道角动量的研究。直到1992年，关于OAM光束的研究取得了重要进展：Allen等人证明了在近轴近似条件下，具有相位因子的LG螺旋激光束每光子具有轨道角动量，这一结论随后被推广到非近轴近似的情况。自此之后，关于OAM应用的研究引起了人们的巨大兴趣。OAM的应用之一是实现对原子与分子的操纵，这主要利用了其动力学性质。1995年，He等人在实验中发现OAM光束的轨道角动量可以传递给物质粒子；1997年，Simpson等人进一步提出光束的轨道角动量和自旋角动量一样，可以对粒子施加力矩使之转动，并提出了“光学扳手”的概念，他们发现使用OAM光束的光镊系统对粒子的束缚能力远高于使用传统高斯光束的光镊，能以更高的效率实现对微现粒子的分馏和自组织、气捕获和移动等微操作，同时减轻对微粒的损伤，这对生物分子、细胞、细菌、病毒等研究有着重要意义。无论在光学领域中还是在无线电领域，OAM都是表征具有螺旋相位结构波形的自然属性。OAM在光学中已经被广泛应用，通过引入OAM，光通信系统的传输能力得到很大程度的扩展。2007年，Thide等人首次提出将光子轨道角动量应用于低频，通过仿真验证了可以使用相控阵列天线产生类似拉盖尔高斯光束的涡旋电磁波，开创了将轨道角动量应用在无线通信中的先河，提出了利用涡旋电磁波用于扩大无线通信容量的设想，启发了在无线通信中使用OAM载波的思想。2008年，Garcia-Escartin等人研究了基于光子OAM的量子复用问题，分析了使用合路器和多路器来综合量子信道的方案。2010年，Mohammadi等人系统地研究了基于天线阵列的OAM波束生成方法。2012年，Edfors等人建议在无线通信系统中使用OAM技术。同年，Tamburini等人利用螺旋抛物面天线和八木天线在2.414GHz的频带上首次验证了携带轨道角动量的电磁波在无线通信中进行信息传输的可行性。实验采用螺旋抛物面天线和八木天线分别产生OAM模态的涡旋电磁波和正常电磁波，并在同一频点上，以不同的OAM模态值对不同的波束进行编码传输。并在上述装置的基础上，在接收端利用相位干涉仪测量波束中电场的相位差，验证了涡旋电磁波的抗干扰能力。Abhay等人通过仿真分析了螺旋抛物面天线的设计方法；Wang等人则通过使用OAM复用技术在自由空间中实现了2.56Tbits/s的数据传输，系统的频谱利用率达到了95.7bits/s。2013年，Bozinovic等人利用OAM复用技术，在光纤中也实现T比特量级的数据传送。此后，一系列关于OAM波束生成的方法被报道出来，例如，Deng等人提出利用Vivaldi天线阵产生OAM波，Bai等人在圆环形天线阵中使用的矩形贴片阵元，也成功产生了OAM波；Tennant等人提出了时变阵列(Time-switchedarray，TSA)，可使阵列的多个谐波产生OAM特性，可以同时产生多个模态的OAM值。综上，要发展OAM复用的理论与技术，需系统研究OAM载波的产生、传输和检测等问题，因此关于OAM无线电波束的生成方法是目前研究的热点。

目前，结合轨道角动量在相关领域中的研究进展，在无线电频段生成OAM无线电波的方法主要有两种手段，分别是螺旋抛物面天线和阵列天线，前者则通过调整抛物面开口两端的间距产生任意模式的OAM无线电波束；后者通过控制阵元辐射场的相位差产生想要的OAM模式波。2011年，B.Thide等人利用螺旋抛物面天线产生模态值l＝1的涡旋电磁波，这种天线是将抛物面天线扭曲成螺旋抛物面结构，形成连续的相位梯度，在物理上模拟了空间方位角的相位旋转接收端则利用两个天线构成一个相位干涉仪，利用相位干涉法来识别OAM的模态值。然而，这种OAM螺旋抛物面天线也有明显的缺陷，其造价高，制作困难，并且实验中所采用的螺旋抛物面天线结构是一种单一固定结构，不适用于连续相位控制，即一个确定的几何结构只能产生一种模式的OAM波，这种单一结构不能同时产生多种OAM模态，若需生成不同的OAM波束，则必须调整开口的大小，在实际无线通信系统中，这种方法显然是行不通的。除了通过上述天线赋型形式产生携带OAM的电磁波，还可以通过改变阵元激励的相位关系来改变发生器所工作的OAM状态，即构成偶极子天线阵列结构，这种结构相对容易实现，同时也可以较好的实现产生多模态OAM的要求。偶极子天线阵列是产生携带OAM波束的一种方法，利用电磁波的干涉和叠加原理，将若干辐射单元排列成阵列，通过调整各阵元辐射场之间的相位差，使辐射能量在空间中重新分配，令某些区域的场增强而其它区域的场减弱，从而获得单个天线所不能达到的方向性。利用这种原理通过改变阵元之间馈电相位差的方式就可以产生不同的OAM模态。但是，这种偶极子阵列天线半径高达几米到几十米，在进行阵列布置时需要极小的误差才能产生预期的模态值，同时如此大的尺寸在进行阵列天线调整时也极其复杂，对适用场所条件要求较为苛刻，在实际通信系统中应用价值并不高。

随着无线通信爆炸性的发展，对无线频谱资源的需求正在急速上升。但是，传统的命令和控制频谱策略导致显著的频谱利用不足，因而目前授权频谱的使用率不高。利用率和能源效率低下的频谱成为实现无线电技术可持续发展需要迫切解决的瓶颈问题。作为一个有发展前景的方法以解决频谱效率低下、打破目前频谱利用率不足的僵局，轨道角动量在最近引起了广泛研究。

发明内容

本发明的目的在于通过一种多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，其包括介质基板、若干阵元以及与各阵元对应的同轴馈线和输入端口，所述阵元采用圆极化方形切角贴片天线；所述阵元沿圆周等距排列在所述介质基板的一面，所述介质基板的另一面附上金属薄层作为接地面，所述输入端口通过同轴馈线连接对应阵元。

特别地，所述多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线包括八个阵元；所述阵元被馈送相同的信号，相邻两个阵元间有固定的相位差；所述介质基板半径与微带阵列天线辐射波长相同。

特别地，所述八个阵元采用圆极化方形切角贴片天线，所述圆极化方形切角贴片天线中两个简并模的长和宽分别为5mm，两个简并模辐射出正交极化、幅度相等、相位相差π/2的电磁波。

特别地，所述多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线产生的OAM模态数l为：-N/2＜l＜N/2，阵元到阵元间具有连续的相位延迟2πl/N，其中N为阵列天线的阵元个数。

特别地，所述多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线工作在2.45GHz频段。

本发明提出的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线采用易于赋型的贴片阵列天线结构代替偶极子阵列天线，同时也弥补了螺旋抛物面天线只能产生单一OAM模态的不足。本发明将高速射频开关技术、圆极化天线技术和OAM技术统一运用于阵列天线中，实现了在同一频点同时产生多种OAM模态的涡旋电磁波，适用于当下最流行的Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等无线通信。本发明能够产生性能良好的具有轨道角动量与圆极化双重特性的涡旋电磁波，涡旋电磁波用于多路复用，可以在单个信道发送多个同轴数据流，从而在不增加带宽的情况下最大化的提高频谱利用率和系统容量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的圆极化方形切角贴片天线结构图；

图3为本发明实施例提供的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线主视结构示意图；

图5a为本发明实施例提供的右圆极化状态示意图；

图5b为本发明实施例提供的左圆极化状态示意图；

图6为本发明实施例提供的单馈电圆极化方形切角贴片天线示意图；

图7为本发明实施例提供的射频开关原理示意图；

图8为本发明实施例提供的天线阵列原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1至图4所示，本实施例中多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线包括介质基板101、若干阵元102以及与各阵元102对应的同轴馈线103和输入端口104。所述阵元102采用圆极化方形切角贴片天线。所述阵元102沿圆周等距排列在所述介质基板101的一面，所述介质基板101的另一面附上金属薄层作为接地面105，所述输入端口104通过同轴馈线103连接对应阵元102。

所述多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线产生的OAM模态数l为：-N/2＜l＜N/2，阵元到阵元间具有连续的相位延迟2πl/N，其中N为阵列天线的阵元102个数。

在本实施例中所述多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线包括八个阵元102，所生成OAM模态值分别为l＝0，l＝±1，l＝±2，l＝±3。所述阵元102被馈送相同的信号，相邻两个阵元102间的相位差相同。所述介质基板101半径与微带阵列天线辐射波长相同。八个阵元102以半径为0.7λ等间隔均匀分布排列在圆周上组成圆极化方形切角贴片天线阵列，相邻两个阵元间的相位差相同,各阵元102制作在同一介质基板101上。介质基板101的厚度为h＝5mm,采用RogersRO4003(tm)材料,介电常数和损耗角正切分别为ε＝3.55和δ＝0.0027。所述八个阵元102采用圆极化方形切角贴片天线，工作在2.45GHz频段，圆极化方形切角贴片天线的贴片尺寸为31×31mm²，并采用同轴馈电方式，一般情况下，同轴转接器安装在印制电路板的背面，而同轴转接器的内导体接在贴片上，以便产生最好的匹配，大大简化天线设计的复杂度；所述圆极化方形切角贴片天线中两个简并模106的长和宽分别为5mm，两个简并模106辐射出正交极化、幅度相等、相位相差π/2的电磁波。工作时，阵元102被馈送相同的信号，但是各阵元102之间有相继连续的相位延迟，使得涡旋波束围绕轴线旋转一周后，相位增加2πl，可以通过改变阵元102之间馈电相位差来产生不同的OAM模态。

本发明将OAM技术、圆极化天线技术、矩形微带贴片天线技术、高速射频开关技术、阵列天线设计技术统一运用于阵列天线中，实现了在同一频点同时产生多种OAM模态的涡旋电磁波。下面对本发明用到的OAM技术、圆极化天线技术、矩形微带贴片天线技术、高速射频开关技术详细说明如下：

一、OAM技术方案

1992年，Allen首次用实验证明了电磁波携带自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。SAM与极化有关，OAM与空间相位有关。OAM的螺旋相位波束拥有一个方位角因子理想状态下，OAM具有无限制的l值，可正可负，正数表示左旋，负数表示右旋，即能提供无限量态的OAM阶数，并且彼此正交。将轨道角动量添加到电磁波上时，电磁波的相位波前将呈现出非平面的扭曲结构，可在其上调制所需的信息，提高电磁波的信息传递和信息获取能力。相位旋转因子决定了涡旋波束空间相位分布结构，不同OAM模态的涡旋波束的空间结构不同。与传统调制采用信号的幅度、相位、频率承载信息相比，轨道角动量是利用携带不同模态OAM的涡旋电磁波来承载信息，而极化调制方式是采用极化状态来承载信息。空间信号电磁场的角动量可以表示为

J＝∫ε₀r×Re{E×B^*}dV

角动量可以分解为轨道角动量和自旋角动量

J＝L+S

其中 $L={\mathrm{\ϵ}}_0\∫\mathrm{Re}\left\{{\mathrm{iE}}^{*}(\hat{L}\·A)\right\}dV$

S＝ε₀∫Re{E^*×A}dV

是轨道角动量算子，为虚数单位，A为矢量位函数。S表征的是电磁波的极化方式，L与电磁波空间相位分布有关。

将轨道角动量应用在电磁波中，在正常的电磁波中添加一个相位旋转因子此时电磁波波前将不再是平面结构，而是绕着波束传播方向旋转，呈现出一种螺旋的相位结构，涡旋电磁波可表示为

其中，A(r)为电磁波的幅值，r表示到波束中心轴线的辐射距离，为方位角，l是轨道角动量的本征值。

具有不同本征值的涡旋电磁波是相互正交的，例如：本征值分别为l₁和l₂的两个涡旋电磁波，仅当l₁＝-l₂时，而当l₁≠-l₂时，这说明具有不同本征值的涡旋电磁波是相互正交的。利用不同本征值的涡旋电磁波的正交特性，可以在同一频带内并行传输多路涡旋电磁波信息，理论上具有不同本征值的涡旋电磁波相互之间不会产生干扰。

二、圆极化技术方案

微带天线中存在何种模式完全取决于贴片的形状和激励模型，当馈电点位于贴片的对角线上时，天线中可以同时维持TM₀₁和TM₁₀模，两种主模同相且极化正交，结果导致辐射波的极化方向与馈电点所在对角线平行，单点馈电的方形贴片、方形切角贴片和四周切有缝隙的方形贴片天线等均可以辐射圆极化波。

用微带天线产生圆极化波的关键是产生两个方向正交、幅度相等、相位相差90°的线极化波。

设一沿着z轴传播的无衰减均匀平面波，其瞬时电场表达式为：

$\stackrel{\→}{E}(z,t)=\mathrm{Re}\left(\stackrel{\→}{E}{e}^{j(\mathrm{\ω}t+kz)}\right)$

在垂直传播方向的平面内，将分解为两个相互垂直的分量，即

$\stackrel{\→}{E}(z,t)=\hat{x}{\stackrel{\→}{E}}_x(z,t)+\hat{y}{\stackrel{\→}{E}}_y(z,t)$

由上式可得：

E_x(z,t)＝Re［E_xme^j(ωt+kz)］＝｜E_xm｜cos(ωt+kz+φ_x)

E_y(z,t)＝Re［E_yme^j(ωt+kz)］＝｜E_ym｜cos(ωt+kz+φ_y)

式中，E_xm为电场x分量的复振幅值，E_ym为电场y分量的复振幅值_；φ_x为电场x分量的初始相位，φ_y为电场的y分量的初始相位。

当｜E_xm｜＝｜E_ym｜＝E₀，且

时，合成场振幅为

$\left|\stackrel{\→}{E}(z,t)\right|=E_0$

合成场矢量与x轴夹角：

$\mathrm{\α}=\arctan (\±\frac{E_y}{E_x})=\mathrm{\ω}t+(kz+{\mathrm{\φ}}_x)$

如图5a、5b所示，电场矢量端点在垂直于传播方向平面内的轨迹是圆。沿着波的传播方向观察，电场矢量顺时针旋转，就是右旋圆极化波；电场矢量逆时针旋转，就是左旋圆极化波。

结合以上圆极化理论，形状规则的矩形微带天线由一点馈电能产生极化正交、幅值相等的二简并模，但无法产生90°的相位差，如果要使其形成90°相位差可以在规则的形状单元上附加一个简并模分离单元，让简并模谐振频率分离，从而产生圆极化状态。

如图6所示，当分别切除ΔS后，可使馈电场形成的两个空间正交简并模的谐振频率发生分离，分离大小取决于ΔS/S。要产生幅值相等、相位差90°的二简并模取决于馈电点位置以及分离单元的尺寸，利用这种贴片天线结构，可以产生稳定的圆极化状态。

三、矩形微带贴片天线技术方案

设计天线的首要步骤是选定中心频率，本发明的矩形微带贴片天线以f₀作为中心频率。

根据中心频率可以算出天线长度L，具体如下：

L_e＝λ_g/2

其中λ_g表示波导中的波长。

${\mathrm{\λ}}_g={\mathrm{\λ}}_0/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}$

其中λ₀表示自由空间波长，ε_e表示有效介电常数。

${\mathrm{\ϵ}}_e=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r-1}{2}{(1+12\frac{h}{w})}^{\frac{1}{2}}$

其中ε_r表示介质的相对介电常数。

当介质基片的厚度和相对介电常数确定时，天线的有效介电常数ε_e取决于贴片的宽度。在天线安装尺寸的允许条件下贴片的宽度适当大一些对天线的带宽、效率和匹配都有利，但是宽度过大也会激励起高次模，从而引起场的畸变，影响天线的辐射效率。一般情况下，W由下式来确定：

$W=\frac{c}{2f_0}{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}\right)}^{-\frac{1}{2}}$

矩形贴片天线的电场在两条辐射边之间呈余弦分布，两条辐射边在理论上间距应为λ_g/2，但实际上由于边缘场的影响应减去边缘效应带来了尺寸增加。所以，矩形微带天线的贴片长度L为：

$L=\frac{c}{2f_0\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}}-2\mathrm{\Δ}l$

C表示真空中的光速，f₀表示天线的工作频率，Δl为边缘效应带来的长度延伸，它与贴片宽度及基片的厚度和有效相对介电常数之间的关系为：

$\frac{\mathrm{\Δ}l}{h}=0.412\frac{({\mathrm{\ϵ}}_r+1)(W/h+0.264)}{({\mathrm{\ϵ}}_e-0.258)(W/h+0.8)}$

${\mathrm{\ϵ}}_e=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r-1}{2}{(1+\frac{12h}{W})}^{-\frac{1}{2}}$

由上式可以计算出微带天线大致的长度L，宽度W。

四、高速射频开关技术方案

以八阵元结构的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线为例，通过圆形阵列的连续阵元间具有固定的相位差来生成OAM模态，其中l为需要产生的OAM模态值，N为阵元数。为了实现同一阵列在不同的拓扑荷之间自由切换，可以用一个简单的射频开关取代阵列馈电网络中的相移分量，以形成一个时间开关阵列(TSA)。为了使得TSA产生OAM电磁波，阵列单元需要设定单位振幅和均匀相位差，通过射频开关切换或激励圆形相控阵列中的阵元，阵列中的8个阵元被依次通电，假设第一个阵元的馈电初始相位为Φ＝0，其他阵元馈电相位依次递增或递减连续相位差根据2πl/N可以得到，馈电相位差不同，产生的OAM模态不同。因此，第1～8个阵元的馈电相位分别为Φ，

五、阵列天线设计技术方案

产生轨道角动量的装置目前主要有四种，分别是透射螺旋面、透射光栅、反射螺旋面和阵列天线，本发明主要研究通过天线阵列的方法产生携带OAM的电磁波。

对于OAM模态值为l的波束，相位的偏移量可以由得出。对于这种相位偏移的产生，阵列的每一个阵元都需要给予某些特定的相位偏移。为了从一个阵列中获得电场的属性，我们可以使用阵列因子(AF)，它依赖于位移(和阵列的形状)、相位、电流振幅和阵元的数目。所得到相同的天线总场为

E_total＝E_{singleelement}*AF

利用对称性的属性，多个圆形网格面积相等扇区被选择。每个单独阵元的位置被给定。每个阵元中心的半径矢量为

$r\left(m\right)=\sqrt{\frac{(2m-1)}{2M}}a$

阵元之间分开的角度

其中，m表示被放置的环阵元，n为所选环的位置。M是环的总数，N是每个环上阵元的总数量，如图8所示。电场表达式由下式给出

由2π的整数倍递增阶段中，每个天线阵元被馈送以相同的输入信号，阵元到阵元间具有连续的相位延迟2πl/N，其中l为阵列天线产生的OAM模态数，N为阵列天线的阵元个数，需要注意的是，阵列天线阵元的数目决定所能产生的OAM模态的最大值，即满足-N/2＜l＜N/2。

与现有技术相比，本发明的技术方案采用易于赋型的贴片阵列天线结构代替偶极子阵列天线，同时也弥补了螺旋抛物面天线只能产生单一OAM模态的不足。本发明将高速射频开关技术、圆极化天线技术和OAM技术统一运用于阵列天线中，实现了在同一频点同时产生多种OAM模态的涡旋电磁波，适用于当下最流行的Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等无线通信。本发明可以产生多种模态OAM涡旋电磁波信号，将多路携带OAM模态且具有极化特性的电磁波信号在同一频点上进行复用，并在同一时间进行信息传输，形成一种OAM空间复用方式，可以在不增加带宽的情况下实现系统容量的最大化，有效缓解当前日益增长的带宽需求同有限频谱资源之间的突出矛盾。另外，与传统微波天线相比，贴片天线具有造价低、材料易得、质量轻、体积小、低剖面、容易赋形和易集成等结构优点，本发明利用微带贴片天线作为阵元，也继承了微带贴片天线的诸多优点。

需要说明的是，将本发明使用电磁仿真软件ANSYSHFSS进行仿真，得到阵列天线的增益、三维辐射图及方向图等特性参数，并对仿真结果进行分析讨论，由仿真结果可以看出仿真数据与理论具有较强的一致性，即本发明具有良好的性能表现，验证了本发明在实际通信系统中的可使用性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，其特征在于，包括介质基板、若干阵元以及与各阵元对应的同轴馈线和输入端口，所述阵元采用圆极化方形切角贴片天线；所述阵元沿圆周等距排列在所述介质基板的一面，介质基板的另一面附上金属薄层作为接地面，所述输入端口通过同轴馈线连接对应阵元。

2.根据权利要求1所述的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，其特征在于，包括八个阵元；所述阵元被馈送相同的信号，相邻两个阵元间有固定的相位差；所述介质基板半径与微带阵列天线辐射波长相同。

3.根据权利要求2所述的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，其特征在于，所述八个阵元采用圆极化方形切角贴片天线，所述圆极化方形切角贴片天线中两个简并模的长和宽分别为5mm，两个简并模辐射出正交极化、幅度相等、相位相差π/2的电磁波。

4.根据权利要求1至3之一所述的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，其特征在于，该微带阵列天线产生的OAM模态数l为：-N/2＜l＜N/2，阵元到阵元间具有连续的相位延迟2πl/N，其中N为阵列天线的阵元个数。

5.根据权利要求4所述的多模态OAM涡旋电磁波微带阵列天线，其特征在于，该微带阵列天线工作在2.45GHz频段。