CN109378581A - 一种辐射双频漩涡波的微带圆形贴片天线 - Google Patents

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Abstract

一种辐射双频漩涡波的微带圆形贴片天线，涉及贴片天线。设有上下层介质基板、圆形辐射贴片和馈电网络；上层介质基板为双面覆铜微波介质基板，上层介质基板上表面金属层为圆形辐射贴片，上层介质基板下表面金属层为接地板；下层介质基板为单面覆铜微波介质基板，下层介质基板上表面无金属层，下层介质基板下表面为馈电网络；所述馈电网络为T型一分二功分器，两个输出端口相位差为90°。上下层介质基板无间隙叠加；所述圆形辐射贴片边缘处设有两个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，圆形辐射贴片通过第1圆柱金属导体和第2圆柱金属导体穿过上层介质基板和下层介质基板与T型一分二功分器馈电网络两个输出端口连接。

Description

一种辐射双频漩涡波的微带圆形贴片天线
技术领域
本发明涉及贴片天线，尤其是涉及一种辐射双频漩涡波(OAM)的微带圆形贴片天线。
背景技术
为缓解频谱资源紧张与无线业务需求日益增长之间的矛盾，各种着眼于调制和编码的无线电技术应运而生。随着这些技术的广泛应用和逐步成熟，无线频谱资源的利用率得到了较大增长；但同时，频率、相位、时间、振幅这些无线电的传统复用自由度已被日趋充分地开发，基于这些维度的调制和编码的技术难以再让现有频谱效率有大幅度的提升。然而，近来兴起的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)通信技术却独辟蹊径，将传统平面波扭曲成涡旋电磁波，用不同模态涡旋电磁波间的正交性提供全新的复用维度，极大提升频谱效率(Y.Yan,G.Xie,M.P.Lavery,H.Huang,N.Ahmed,C.Bao,Y.Ren,Y.Cao,L.Li,Z.Zhao et al.,“High-capacity millimetre-wavecommunications with orbitalangular momentum multiplexing,”Naturecommunications,vol.5,2014.)。OAM的可观前景，使研究出一种能有效产生并复用多个OAM模的天线成为当前热点。
目前，主流OAM天线可分为均匀圆形阵列、螺旋相位板、电磁超表面和环形行波天线四类，但大都因在小型化和多模复用上存在困难而在实际应用中受到限制(D.Liu,L.Gui,H.Chen,Z.Zhang and T.Jiang,"Multiple OAM modes generated by patchantenna,"2018 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibilityand 2018 IEEE Asia-Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility(EMC/APEMC),Singapore,2018,pp.390-392.)。圆形阵列涉及到复杂的馈电网络和阵元间的互耦问题；螺旋相位板结构立体，难以平面化，难以多模复用，且介质板带来的损耗较大；电磁超表面天线结构复杂，成本较高，多采用难以小型化的反射面结构。近来虽出现一些采用环形行波原理、能够产生多种OAM模的天线，但均是通过多个馈电网络或多个辐射单元的简单叠加来产生多模OAM，并未对单个辐射单元产生多OAM模的可能性加以研究和利用。
综上，OAM发生装置的研究与设计具有重要的现实意义，但目前报道的微波段OAM生成装置存在实现难度大、工作带宽窄、模式重构能力差、结构鲁棒性差等诸多问题，因此有必要继续探索可供选择的OAM天线设计技术与方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供结构简单，能够产生漩涡波的双频漩涡波圆形微带贴片天线，在两个工作频带内分别辐射不同模式OAM波束的一种辐射双频漩涡波的微带圆形贴片天线。
本发明设有上层介质基板、圆形辐射贴片、下层介质基板和馈电网络；
所述上层介质基板为双面覆铜微波介质基板，上层介质基板上表面金属层为圆形辐射贴片，上层介质基板下表面金属层为接地板；
所述下层介质基板为单面覆铜微波介质基板，下层介质基板上表面无金属层，下层介质基板下表面为馈电网络；
所述馈电网络为T型一分二功分器，两个输出端口相位差为90°。
所述上层介质基板与下层介质基板无间隙叠加；所述圆形辐射贴片边缘处设有两个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，圆形辐射贴片通过第1圆柱金属导体和第2圆柱金属导体穿过上层介质基板和下层介质基板与T型一分二功分器馈电网络两个输出端口连接。
与现有技术相比较，本发明具有以下突出的优点和显著的技术效果：本发明提供一种简单可行的能够产生射频OAM波束的微带天线，在两个不同的工作频段分别产生一阶与二阶OAM波束模式。本发明提供的OAM微带天线结构简单、便于加工制作、性能可靠、易于实施，能够加速OAM射频技术的推广应用，对无线通信尤其是未来的超高速射频通信具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例的分层结构示意图。
图2为本发明实施例的上层介质基板上的尺寸参数图。
图3为本发明实施例的下层介质基板上的尺寸参数图。
图4是本发明实施例的回波损耗曲线的仿真与实测结果。
图5是本发明在1.62GHz产生的一阶OAM波束相位图。
图6是本发明在2.72GHz产生的二阶OAM波束相位图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
参见图1，本发明实施例设有上层介质基板1与下层介质基板4，上层介质基板1和下层介质基板4无间隙叠加，上层介质基板1上下表面和下层介质基板4下表面均涂覆有铜导体层；上层介质基板1上表面为圆形辐射贴片2，上层介质基板1下表面为铜导体层作为接地板3，下层介质基板4下表面为T型一分二功分器馈电网络5；所述圆形辐射贴片2边缘处设有2个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，圆形辐射贴片2通过第1圆柱金属导体6和第2圆柱金属导体7穿过上层介质基板1和下层介质基板4与T型一分二功分器馈电网络5两个输出端口连接。
参见图2，所述上层介质基板1为正方形结构，上层介质基板1的边长L为75～81mm，厚度为1.6～22mm，相对介电常数为2.0～2.4，所述圆形辐射贴片2的半径R1为33～37mm，馈电点的半径R2为0.5～0.7mm，第1圆柱金属导体6和第2圆柱金属导体7的半径R3均为0.3～0.7mm。
参见图3，所述下层介质基板4为正方形结构，下层介质基板4的边长L与上层介质基板1相等，厚度为0.6～1.0mm，相对介电常数为2.0～2.4，所述T型一分二功分器馈电网络5具体尺寸如下：L1为29mm，W1为3.2mm，L2为30mm，W2为2.6mm，L3为13.2mm，L4为8.2mm，L5为9.3mm，L6为4.5mm，W3为1.2mm。
参见图4，一种辐射双频漩涡波的圆形微带贴片天线回波损耗曲线的仿真与实测结果，曲线a为仿真数据，曲线b为实测数据，该实施例仿真所得谐振点与实测所得谐振点吻合较好；同时，如图5和6所示，在1.62GHz和2.72GHz天线分别产生了一阶OAM波束相位和二阶OAM波束相位，且对应的频点正好在-10dB工作带宽内。
相对于现有OAM天线，本发明提出了一种简单可行的能够产生射频OAM波束的微带天线，在两个不同的工作频段分别产生一阶与二阶OAM波束模式。本发明提供的OAM微带天线结构简单、便于加工制作，性能可靠，能够加速OAM射频技术的推广应用。

Claims (1)

1.一种辐射双频漩涡波的微带圆形贴片天线，其特征在于设有上层介质基板、圆形辐射贴片、下层介质基板和馈电网络；
所述上层介质基板为双面覆铜微波介质基板，上层介质基板上表面金属层为圆形辐射贴片，上层介质基板下表面金属层为接地板；
所述下层介质基板为单面覆铜微波介质基板，下层介质基板上表面无金属层，下层介质基板下表面为馈电网络；
所述馈电网络为T型一分二功分器，两个输出端口相位差为90°；
所述上层介质基板与下层介质基板无间隙叠加；所述圆形辐射贴片边缘处设有两个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，圆形辐射贴片通过第1圆柱金属导体和第2圆柱金属导体穿过上层介质基板和下层介质基板与T型一分二功分器馈电网络两个输出端口连接。
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