CN107831597A - 一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线 - Google Patents

一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，用于粒子捕获系统，包括介质基板，圆形阵列天线，微带馈电网络和地板。圆形阵列天线由八个形状大小完全相同的切角贴片天线组成，每个贴片天线中心同时切去一个圆形结构，八个贴片天线在同一水平面上呈圆形均匀分布，每两相邻贴片天线激励相位相差45°，馈电网络由八条长度不同宽度相同的微带馈电线组成，一个输入端口，八个输出端口，地板位于介质基板下表面，与介质基板大小相同。本发明公开的阵列天线，能产生两种模式涡旋光束的轨道角动量，同时本天线在较宽的频段范围内是圆极化天线，S参数也能很好地匹配。

Description

一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线
技术领域
本发明涉及粒子捕获系统及光学技术领域，具体涉及一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线。
背景技术
涡旋光场作为一种特殊的光场，在物理、化学及生物学研究领域具有重要的作用，由于它对粒子的捕获具有无损伤的特点，并且具有较大的捕获效率，因此光学涡旋越来越受到重视。由于其所具有的特殊波前结构和确定轨道角动量，近几年来，被广泛的研究，越来越受到科学界的重视，目前已经迅速发展成为光学领域中一支充满活力的研究分支。现在已经在光学微操纵、原子光学、生物医学、非线性光学、光学信息传输等领域得到了广泛的应用。随着研究的深入，它的重要性也将被更多的人所接受，也将会应用到更多领域。
常用的有两种产生涡旋光束的方法Bessel光束产生方法和螺旋相位板产生方法。Bessel光束产生方法的缺点在于要产生高阶Bessel模式的光束还要具备有相应的LGl p模式的入射光，在实际操作中不能够灵活掌握；除此以外，实验对锥形透镜的要求也比较高，并且它的加工制备也比较困难。在用螺旋相位板产生涡旋光束时候，如果入射波长没有被预先设计好的话,螺旋相位板将会产生m为非整数值的光束,并且此光带具有相当复杂的光学涡旋拓扑荷，为产生涡旋光束带来困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，用于粒子捕获，所述的天线包括：介质基板、印制在所述的介质基板上表面的圆形阵列天线和微带馈电网络、印制在所述的介质基板下表面的地板；
所述的圆形阵列天线由八个形状大小相同的切角贴片天线组成，分别为第一切角贴片天线1、第二切角贴片天线2、第三切角贴片天线3、第四切角贴片天线4、第五切角贴片天线5、第六切角贴片天线6、第七切角贴片天线7、第八切角贴片天线8，上述八个切角贴片天线在同一水平面上呈圆形均匀分布；每个切角贴片天线都是大小相同的正方形，每个正方形靠近圆心的一侧开有一个凹槽，凹槽的中心位置设置有一个馈电端口，每个正方形的两个相对的顶角分别有两个大小相同的切角；
所述的微带馈电网络包括一个输入端口，八个输出端口以及八条馈电线，八个输出端口分别对应与不同的切角贴片天线的馈电端口连接。
进一步地，所述的八条馈电线的长度不同宽度相同，使第一切角贴片天线1到第八切角贴片天线8的激励相位以45°递增，使得每两个相邻单元的激励相位均相差45°。
进一步地，所述的微带馈电网络的输入端口为同轴线馈电。
进一步地，所述的切角均为等腰三角形。
进一步地，所述的圆形阵列天线的每个切角贴片天线中心切去一个的圆形结构。
进一步地，每个切角贴片天线的馈电端口均指向圆心。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明公开的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，采用由八个相同单元组成的圆形阵列形式，能在较宽的频段内实现S参数的匹配。
(2)本发明公开的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，采用微带馈电网络使每两个相邻端口激励相位相差45°，从而产生涡旋光束。
(3)本发明公开的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，采用的第一切角贴片天线1和第三切角贴片天线3，第二切角贴片天线2和第四切角贴片天线4，第三切角贴片天线3和第五切角贴片天线5，第四切角贴片天线4和第六切角贴片天线6，第五切角贴片天线5和第七切角贴片天线7，第六切角贴片天线6和第八切角贴片天线8，第七切角贴片天线7和第一切角贴片天线1，第八切角贴片天线8和第二切角贴片天线2成正交结构分布，大大加宽了圆极化频段带宽。
附图说明
图1是本发明公开的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线的结构图；
图2是图1中的第一切角贴片天线1的结构图；
图3是本发明公开的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线的S11曲线图；
图4是本发明公开的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线的AxialRatio曲线图；
图5是本发明公开的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线的OAM仿真图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例公开了一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，用于粒子捕获，包括介质基板、圆形阵列天线、微带馈电网络和地板。圆形阵列天线和微带馈电网络在介质基板上表面，地板在介质基板的下表面。
圆形阵列天线由八个形状大小相同的切角贴片天线组成，分别为第一切角贴片天线1、第二切角贴片天线2、第三切角贴片天线3、第四切角贴片天线4、第五切角贴片天线5、第六切角贴片天线6、第七切角贴片天线7、第八切角贴片天线8。
上述八个切角贴片天线在同一水平面上呈圆形均匀分布，使第一切角贴片天线1和第三切角贴片天线3，第二切角贴片天线2和第四切角贴片天线4，第三切角贴片天线3和第五切角贴片天线5，第四切角贴片天线4和第六切角贴片天线6，第五切角贴片天线5和第七切角贴片天线7，第六切角贴片天线6和第八切角贴片天线8，第七切角贴片天线7和第一切角贴片天线1，第八切角贴片天线8和第二切角贴片天线2成正交结构分布，大大加宽了圆极化频段带宽。同时减小了天线之间的相互耦合，使S参数能够很好的匹配。
本发明采用微带馈电网络，微带馈电网络由八条长度不同宽度相同的馈电线组成，每条馈电线的长度经过优化处理，使第一切角贴片天线1到第八切角贴片天线8的激励相位以45°递增，使得每两个相邻单元的激励相位均相差45°。
上述圆形阵列天线的每个切角贴片天线都是大小相同的正方形，边长a为23.3mm。每个正方形靠近圆心的一侧开有一个凹槽，凹槽的中心位置设置有一个馈电端口。
每个正方形的两个相对的顶角分别有两个大小相同的切角，均为等腰三角形，直角边长a1为4mm。
上述圆形阵列天线的每个切角贴片天线中心切去一个半径为6mm的圆形结构。
上述圆形阵列天线的八个切角贴片天线在同一水平面上呈圆形均匀分布，每两个切角贴片天线结构上相位差均为45°，并且每个切角贴片天线的馈电端口均指向圆心。
本实施例中，所述微带馈电网络由八条长度不同宽度相同的微带线组成，第一切角贴片天线1到第八切角贴片天线8的馈电线长度依次为71mm,79mm,89mm,97.4mm,105.4mm,112mm,118mm,132mm的微带线，上述微带线的宽度w为1.5mm。
天线的微带馈电网络有一个输入端口，8个输出端口，输入端口为同轴线馈电，同轴线半径为1.3mm。
本实施例中，介质基板材料采用FR4，介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为5mm。
本发明工作频率在2.45GHz，较MHz频率，切角贴片天线结构小，天线整体尺寸减小，每两个相邻单元耦合减小。
如图1所示，本实施例中，介质基板圆柱形结构，半径r1为122mm，圆心到每个贴片单元底边中点的长度r2为90.3mm。
如图2中结构为图1中所述的切角贴片天线，正方形的切角贴片天线的边长a为23.3mm，切角的直角边长a1为4mm，凹槽宽度g为3.5mm，馈电端口长度b为8mm，切去的圆形结构的半径r3为6mm。
综上所述，上述实施例公开了一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，用于粒子捕获系统，包括介质基板，圆形阵列天线，微带馈电网络和地板。圆形阵列天线由八个形状大小完全相同的切角贴片天线组成，每个贴片天线中心同时切去一个圆形结构，八个贴片天线在同一水平面上呈圆形均匀分布，每两相邻贴片天线激励相位相差45°，馈电网络由八条长度不同宽度相同的微带馈电线组成，一个输入端口，八个输出端口，地板位于介质基板下表面，与介质基板大小相同。本发明公开的阵列天线，能产生两种模式涡旋光束的轨道角动量，同时本天线在较宽的频段范围内是圆极化天线，S参数也能很好地匹配。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，其特征在于，所述的天线包括：介质基板、印制在所述的介质基板上表面的圆形阵列天线和微带馈电网络、印制在所述的介质基板下表面的地板；
所述的圆形阵列天线由八个形状大小相同的切角贴片天线组成，分别为第一切角贴片天线1、第二切角贴片天线2、第三切角贴片天线3、第四切角贴片天线4、第五切角贴片天线5、第六切角贴片天线6、第七切角贴片天线7、第八切角贴片天线8，上述八个切角贴片天线在同一水平面上呈圆形均匀分布；每个切角贴片天线都是大小相同的正方形，每个正方形靠近圆心的一侧开有一个凹槽，凹槽的中心位置设置有一个馈电端口，每个正方形的两个相对的顶角分别有两个大小相同的切角；
所述的微带馈电网络包括一个输入端口，八个输出端口以及八条馈电线，八个输出端口分别对应与不同的切角贴片天线的馈电端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，其特征在于，所述的八条馈电线的长度不同宽度相同，使第一切角贴片天线1到第八切角贴片天线8的激励相位以45°递增，使得每两个相邻单元的激励相位均相差45°。
3.根据权利要求1所述的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，其特征在于，所述的微带馈电网络的输入端口为同轴线馈电。
4.根据权利要求1所述的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，其特征在于，所述的切角均为等腰三角形。
5.根据权利要求1所述的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，其特征在于，所述的圆形阵列天线的每个切角贴片天线中心切去一个的圆形结构。
6.根据权利要求1所述的一种新型产生双模光学涡旋光束圆极化阵列天线，其特征在于，每个切角贴片天线的馈电端口均指向圆心。
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