CN112701497A

CN112701497A - 一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线

Info

Publication number: CN112701497A
Application number: CN202011539534.3A
Authority: CN
Inventors: 邓力; 何晓媛
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: CN112701497B

Abstract

本发明公开了一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，属于电磁领域，具体为：正八边形金属贴片、两个介质板、金属地板以及馈电网络。正八边形金属贴片刻蚀有缝隙，通过两个介质板中的四个金属化过孔与馈电网络相连；第一介质板上还开有两个金属化过孔，构成短路柱。馈电网络包括两个3dB定向耦合器，每个耦合器的一端两个端口分别作为射频信号的输入端，通过耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属化过孔到达正八边形特定的区域，形成两个振荡方向正交且相位差为90度的电流，进而产生不同的圆极化电磁波，向外辐射。本发明在不占用额外频谱资源的情况下大幅度提升通信容量。

Description

一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线

技术领域

本发明属于电磁领域，涉及微波射频技术，具体涉及一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线。

背景技术

随着互联网的兴起以及智能终端的普及，人们对无线通信系统的传输速率和吞吐量等指标的要求也愈来愈高，只能通过不断划分新频谱，利用更多的频谱带宽以实现高速率的无线通信。然而，自然界中的频谱资源十分有限，无法满足人们对无线通信日益增长的需求。为了在有限的频谱资源内大幅度提高通信容量，基于电磁波的轨道角动量的“态分复用”通信技术应运而生。

携带有轨道角动量的电磁波，又称涡旋电磁波，复振幅中存在相位因子

其中，

为旋转方位角，l为轨道角动量的模态阶数，又称轨道角动量的拓扑荷值。涡旋电磁波具有螺旋状的相位波前，且其相位波前与其携带的轨道角动量的模态阶数l有关。理论上，l的取值范围为(-∞，+∞)，且携带不同模态的轨道角动量的同频率电磁波相互独立正交。因此，基于电磁波的轨道角动量，多个信道能够在不占用更多频谱资源的情况下同时存在，且彼此独立正交，进而在有限的频带内实现传输容量的数量级增长。

目前，用于产生涡旋电磁波的方式有很多：在无线通信频段，主要使用赋形抛物面天线、圆形天线阵列、介质谐振天线、环形行波天线和贴片天线等技术来产生涡旋电磁波。但是，在同一频带内产生多个正交的涡旋电磁波，实现轨道角动量复用仍有着很大的限制。比如，赋形抛物面天线只能产生一种固定模态的涡旋电磁波。而圆形天线阵列的阵元数及馈电网络复杂且成本高昂，限制了它们实现电磁波轨道角动量复用的轨道角动量模态数量。另外，介质谐振天线和环形行波天线是依靠激励出不同的谐振模式来产生不同模态的涡旋电磁波。为了实现轨道角动量的复用，这两类天线需要同时在同一频率成功激励多个合适谐振模式来产生不同模态的涡旋电磁波，设计难度极高。目前，这两类天线难以产生两个以上的正交涡旋电磁波。

发明内容

针对上述技术的不足缺点，本发明基于低剖面、结构紧凑的微带贴片天线，结合特征模分析方法，提供了一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线。

所述的低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，从上到下依次为：正八边形金属贴片、第一介质板、金属地板、第二介质板以及馈电网络。

正八边形金属贴片刻蚀有缝隙，通过缝隙将正八边形分成缝隙内的小正八边形和缝隙外的大正八边形；

内外八边形的大小根据所需特征模式的工作频段设定，而缝隙位置影响内外八边形边长的大小。通过改变缝隙的位置或缝隙的大小，相应地改变缝隙内外八边形的边长尺寸，进而使得天线工作时的有效电流长度也随之改变，最终影响天线的谐振频率，出现频移。

金属地板设在第一介质板的下层，第二介质板的上层；且略大于第一介质板，与第二层介质板底面大小一致；第二介质板的下层设置有馈电网络。

介质板的厚度和大小均与天线的工作频率、整体的设计方式以及其本身的介电常数和正切损耗值有关，同时结合考虑加工条件进行设置。

同时，在正八边形金属贴片下方的第一介质板上开有六个金属化过孔，其中四个金属化过孔从左向右依次为第一金属化过孔，第三金属化过孔，第四金属化过孔以及第二金属化过孔，第一金属化过孔和第二金属化过孔分别位于八边形缝隙的外侧；第三和第四金属化过孔分别位于八边形缝隙的内侧；另外两个金属化过孔分别为第五金属化过孔和第六金属化过孔，位于正八边形缝隙内侧，与第三和第四金属化过孔对称设置。

在第二介质板上对应第一，第二，第三和第四金属化过孔的位置分别也开有四个金属化过孔，与第一介质板对应的四个金属化过孔连通；同时金属地板上对应四个金属化过孔的位置分别各自开有通孔，通孔的尺寸略大于金属化过孔的尺寸，以保证输入射频信号能够到达上层的正八边形金属贴片；

正八边形金属贴片通过两个介质板上的金属化过孔以及金属地板上的通孔，与设置在第二介质板下表面的馈电网络相连；

第五金属化过孔和第六金属化过孔在第二介质板上对应的位置没有开孔，构成了短路柱，将缝隙内的正八边形贴片与金属地板连接在一起。

所述的馈电网络包括两个3dB定向耦合器，分别为第一3dB定向耦合器和第二3dB定向耦合器；第一3dB定向耦合器的一端连接第三端口和第四端口；第二3dB定向耦合器的一端连接第一端口和第二端口，这四个端口分别与SMA接头连接，作为射频信号的输入端；第一3dB定向耦合器的另一端作为输出端，分别与第二介质板上对应第一金属化过孔和第二金属化过孔的金属过孔相连，通过金属化过孔与金属贴片相连。同理，第二3dB定向耦合器的另一端作为输出端，分别与第二介质板上对应第三金属化过孔和第四金属化过孔的金属过孔相连，通过金属化过孔与金属贴片相连。

进一步，第一，第二，第三和第四金属化过孔靠近3dB定向耦合器的第一端口和第二端口；

在第一介质板和第二介质板左右两侧分别各开有三个非金属化过孔，用于固定两层介质板。

所述的复用天线的工作原理如下：

当射频信号由第一端口输入时，通过第二3dB定向耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属地板层，第三金属化过孔和第四金属化过孔到达缝隙内的小正八边形区域，在小正八边形区域形成两个具有90度相位差的振荡方向正交的电流，进而产生l＝0的右旋圆极化电磁波，向外辐射。

同样地，当射频信号由第二端口输入时，通过第二3dB定向耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属地板层，第三金属化过孔和第四金属化过到达缝隙内的小正八边形区域，在小正八边形区域形成两个具有90度相位差的振荡方向正交的电流，进而产生l＝0的左旋圆极化电磁波，向外辐射。

当射频信号由第三端口输入时，通过第一3dB定向耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属地板层，第一金属化过孔和第二金属化过孔到达缝隙外的大正八边形区域，在大正八边形区域形成两个具有90度相位差的两组环向交替出现的高阶模式电流，进而叠加产生l＝+1的左旋圆极化电磁波，向外辐射。

同样地，当射频信号由第四端口输入时，通过第一3dB定向耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属地板层，第一金属化过孔和第二金属化过孔到达缝隙外的大正八边形区域，在大正八边形区域形成两个具有90度相位差的两组环向交替出现的高阶模式电流，进而产生l＝-1的右旋圆极化电磁波，向外辐射。

本发明具有如下优点：

1)、一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，同时在同一频带内产生同轴的四种相互正交涡旋圆极化电磁波；这四种相互正交的涡旋圆极化电磁波可以作为载波，在同一载频上构建多个正交独立信道，使同一载频的数据承载能力成倍增加，以此在不占用额外频谱资源的情况下大幅度提升通信容量，实现轨道角动量的复用，在一定程度上缓解目前频谱资源紧缺的问题。

2)、一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，采用结构紧凑的微带贴片天线，使用一个天线孔径来实现多个OAM波束的生成，实现孔径共享，无须采用多个设备实现多模式OAM波束的产生，实现轨道角动量复用天线的小型化。

3)、一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，利用特征模理论分析天线的谐振特性，简化轨道角动量复用天线的馈电网络。

附图说明

图1为本发明低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线的三维示意图；

图2为本发明正八边形金属贴片改变缝隙的位置示意图；

图3为本发明正八边形金属贴片改变缝隙位置对应的特征模式的频移；

图4为本发明正八边形金属贴片改变缝隙的大小示意图；

图5为本发明正八边形金属贴片改变缝隙大小对应的特征模式的频移；

图6为本发明低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量复用天线的馈电网络图；

图7为本发明低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量复用天线第一介质板上表面；

图8为本发明低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量复用天线辐射结构的权重系数MS；

图9为本发明低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量复用天线辐射结构工作在特征模式J₁和J₂下的电流分布图以及对应的辐射方向图；

图10为本发明低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量复用天线辐射结构工作在特征模式J₃和J₄下的电流分布图以及对应的辐射方向图；

图11为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线各个端口的回波损耗；

图12为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线各个端口的端口隔离度；

图13为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线端口1的轴比；

图14为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线端口2的轴比；

图15为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线端口3的轴比；

图16为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线端口4的轴比；

图17为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线各端口的方向图；

图18为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口1激励下产生波束的相位分布图；

图19为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口2激励下产生波束的相位分布图；

图20为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口3激励下产生波束的相位分布图；

图21为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口4激励下产生波束的相位分布图；

图22为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口1激励下产生波束的频谱图；

图23为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口2激励下产生波束的频谱图；

图24为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口3激励下产生波束的频谱图；

图25为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在端口4激励下产生波束的频谱图；

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明一种基于特征模理论的低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其结构如图1所示，从上到下依次为：正八边形金属贴片、第一介质板、金属地板、第二介质板以及馈电网络。

缝隙位置与内外八边形的大小有关，本发明的设计目标是在同一个频率实现四个相互正交的共轴圆极化OAM波束的产生，这是通过同时激励四个天线中的四个特征模式实现的；其中两个特征模式的特征电流沿沿着正八边形的缝隙分布，主要分布在缝隙的外侧上，另外两个特征模式的电流沿正交方向振荡，主要分布在缝隙的内侧上。改变缝隙的位置，缝隙的边长尺寸以及内外正八边形的尺寸大小会随之发生改变。如图2所示，当缝隙的位置发生变化的时候，缝隙的内外边长尺寸和其内侧的小正八边形尺寸变大，天线工作时的有效电流长度也就随之变大。这意味着天线谐振频率将降低，表现两个特征模式的易激发的频率低了，这种现象即为频移，如图3所示。

同样地，改变缝隙的大小，也会相应地改变缝隙及其内侧小正八边形的尺寸，带来频移现象。如图4所示。由于缝隙宽窄尺寸的变化，导致电流分布主要位于外八边形的特征模式出现了明显的频移现象，如图5所示。

本实施例使用的正八边形贴片的具体尺寸为：正八边形的缝隙的宽度为0.8mm，缝隙内边长为7.04mm，外边长为7.37mm，大正八边形的边长为10.31mm。

为了连接SMA接头，金属地板设在第一介质板的下层，第二介质板的上层；且金属地板略大于第一介质板，与第二层介质板底面大小一致；第二介质板的下层设置有馈电网络。

介质板的厚度和大小均与天线的工作频率、整体的设计方式以及其本身的介电常数和正切损耗值有关，同时也要考虑加工条件，结合两者进行设计。

本实施例使用的是介电常数为2.56，正切损耗为0.001的F4B高频板材作为介质板。第一介质板的尺寸为58mm*58mm*4mm，第二介质板的尺寸为58mm*60mm*1mm。

所述的馈电网络包括对称设置的四个端口，第一端口和第二端口位于介质板的AB端面，第三端口和第四端口位于介质板的CD端面；在两个介质板的端面左右两侧分别各开有三个非金属化过孔，用于固定两层介质板。

如图7所示，在正八边形金属贴片下方的第一介质板上开有六个金属化过孔，具体金属化过孔的开设位置具体由特征模理论计算辐射结构的电磁特性，包括电流分布情况和辐射方向图等，根据辐射结构上的电流分布来确定。

其中四个金属化过孔位于AB端面一侧，从左向右依次为第一金属化过孔，第三金属化过孔，第四金属化过孔以及第二金属化过孔，第一和第二金属化过孔分别位于八边形缝隙的外侧；第三和第四金属化过孔分别位于八边形缝隙的内侧。

另外两个金属化过孔分别为第五金属化过孔和第六金属化过孔，位于正八边形缝隙内侧，与第三和第四金属化过孔对称设置，位于CD端面一侧。

在第二介质板上对应第一，第二，第三和第四金属化过孔的位置分别也各自开有金属化过孔，与第一介质板的四个金属化过孔连通，金属地板对应第一，第二，第三和第四金属化过孔的位置分别各自开有通孔，通孔的尺寸略大于金属化过孔的尺寸，以保证输入射频信号能够到达上层的正八边形金属贴片；

正八边形金属贴片通过金属化过孔和金属地板层上的通孔，与设置在第二介质板下表面的馈电网络相连；

如图6所示，所述的馈电网络包括两个3dB定向耦合器，分别为第一3dB定向耦合器和第二3dB定向耦合器；每个3dB耦合器有四个端口，其中两个作为信号输入端，与SMA接头相连，另外两个作为输出端，通过金属化过孔与上层的八边形金属贴片相连。

第一3dB定向耦合器的一端连接第三端口和第四端口，与SMA接头连接，作为射频信号的输入；另一端分别与第二介质板上对应第一金属化过孔和第二金属化过孔的金属化过孔相连。

同样地，第二3dB定向耦合器的一端连接第一端口和第二端口，它们进一步与SMA接头连接，作为射频信号的输入；另一端分别与第二介质板上对应第三金属化过孔和第四金属化过孔的金属过孔相连。

本实例采用的3dB定向耦合器为微带双分支定向耦合器，各段微带线的具体尺寸为：a1＝1.21mm,a2＝0.86mm，a3＝1.08mm，b1＝1.82mm,b2＝2.11mm,b3＝1.58mm；

本发明的天线馈电结构由馈电网络以及两层介质板中的金属化过孔组成。第一和第二介质板上相同位置上的四个金属化过孔，将正八边形金属贴片与馈电网络相连，供天线馈电使用；另外两个金属化过孔将小正八边形结构与金属地板连接在一起，为短路柱。设置在第二介质板下表面的馈电网络由两个四端口器件，即两个3dB定向耦合器组成，均能够将输入的一路射频信号平均分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，进而激励天线，产生相互正交的双圆极化涡旋电磁波。

所述的复用天线的工作原理如下：

本发明中刻蚀有缝隙的正八边形金属贴片为天线主要的辐射结构，通过馈电网络激励而对外辐射。基于特征模理论对刻蚀有正八边形缝隙的正八边形金属贴片进行分析，计算得到该结构的谐振特性，进而选取合适的特征模式并设计相应的馈电结构激励该正八边形金属贴片，产生不同模态的圆极化涡旋电磁波。

如图8所示，使用CST Studio Suite软件对这一刻蚀有正八边形缝隙的正八边形金属贴片进行特征模分析，计算得到5-6.5GHz频段内各个特征模的模式权重系数MS，其中，特征模式J₁、J₂、J₃和J₄在5.8GHz处的模式权重系数大于

说明在5.8GHz处，这四个特征模式较其他特征模式更易于使用合适的馈电结构成功激励。

刻蚀有缝隙的正八边形金属贴片工作在特征模式J₁和J₂下的电流分布图以及对应的辐射方向图。由图9可知，特征模式J₁和J₂的电流主要分布在正八边形缝隙的外环部分，为相同的环向交替出现的高阶模式电流，相邻电流的相位差为180度。因此，当特征模式J₁和J₂同时被激励且存在90度相位差时，刻蚀有缝隙的正八边形金属贴片上的电流分布便等同于一个环向相位梯度偶极子，可以产生携带有轨道角动量的圆极化电磁波。

具体地，当特征模式J₁的相位超前于特征模式J₂的相位，且差值为90度时，该结构能够产生一个l＝+1的左旋圆极化涡旋电磁波；当特征模式J₁的相位滞后于特征模式J₂的相位，且差值为90度时，该结构能够产生一个l＝-1的右旋圆极化涡旋电磁波。因此，为了同时激励特征模式J₁和J₂，并实现90度的相位差，本发明采用一个3dB定向耦合器，将输入的一路射频信号平均分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，并经由第一介质板上的第一和第二金属化过孔与第二介质板相同位置处的金属化过孔，与正八边形金属贴片位于正八边形缝隙外侧的部分连接在一起，实现射频信号的输入。当信号由第三端口输入时，天线产生l＝+1的左旋圆极化电磁波；当信号由第四端口输入时，天线产生l＝-1的右旋圆极化电磁波。

刻蚀有缝隙的正八边形金属贴片工作在特征模式J₃和J₄下的电流分布图以及对应的辐射方向图，如图10所示，特征模式J₃和J₄的电流主要分布在正八边形缝隙的内侧，即小正八边形部分，沿直线振荡。因此，当特征模式J₃和J₄同时被激励且存在+90度相位差时，正八边形金属贴片上的电流将沿逆时针方向流动，产生l＝0的右旋圆极化电磁波；当特征模式J₃和J₄同时被激励且存在-90度相位差时，正八边形金属贴片上的电流将沿顺时针方向流动，产生l＝0的左旋圆极化电磁波。

因此，为了同时激励特征模式J₃和J₄，并实现90度的相位差，本发明采用一个3dB定向耦合器，将输入的一路射频信号平均分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，并经由第一介质板上的第三和第四金属化过孔与第二介质板相同位置处的金属化过孔与正八边形缝隙外侧的贴片部分连接在一起，实现射频信号的输入。当信号由端口1输入时，天线产生l＝0的右旋圆极化电磁波；当信号由端口2输入时，天线产生l＝0的左旋圆极化电磁波。中间的小正八边形金属贴片通过与第三和第四金属化过孔与第一介质基板下方的3dB耦合器连接起来，实现射频信号的输入；另外，中间的小正八边形金属贴片通过与第三和第四金属化过孔对称的第五和第六金属化过孔与第一介质基板下方的金属地板连接在一起，改变天线的阻抗，使特征模式J₃和J₄与特征模式J₁和J₂均在5.8GHz处被激励。同时，短路柱能够改变金属贴片上的电流分布情况，减少表面波的耦合，以提高第一和第二端口之间的隔离度。

由图9和图10可知，特征模式J₁和J₂与特征模式J₃和J₄的特征电流主要分布在缝隙内、外两侧的不同区域，互不干扰。因此，本发明轨道角动量复用天线无需在纵向方向堆叠寄生贴片等结构便能实现四个正交涡旋圆极化电磁波的复用，实现天线孔径共享，大大降低了天线的纵向尺寸。

本发明主要基于Ansys High Frequency Structure Simulation(HFSS)仿真软件进行仿真验证。图11-图25为本发明的仿真结果，结果表示：

本发明天线的工作频率为5.8GHz。在此频率下，各端口的回波损耗增小于-15dB，端口隔离度小于-15dB，说明该天线各端口输入信号能量的反射很小，且各端口之间的互耦很小。另外，在第三和第四端口激励下，天线产生的电磁波的主要辐射方向为theta＝0°，如图17(a)和(b)所示，且其在theta＝0°处的轴比均小于3dB，如图13和图14所示。

如图15和图16所示，在第三和第四端口激励下，天线的轴比虽然在θ＝0°时远远大于3dB，但并不影响本发明天线产生的涡旋电磁波的圆极化纯度。这是因为涡旋电磁波在theta＝0°处的能量很小，其辐射方向图呈现中间凹陷的形状，如图17(c)和(d)所示。

由图15和图16可知，本天线的轴比在涡旋波束的主要辐射方向均小于3dB。图18-21为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在各个端口激励下所产生波束的相位分布图。结合图17所示的天线方向图可知，当天线由第一端口激励时，所产生的波束携带的轨道角动量为l＝0的右旋圆极化电磁波；当天线由第二端口激励时，所产生的波束携带的轨道角动量为l＝0的左旋圆极化电磁波；当天线由第三端口激励时，所产生的波束携带的轨道角动量为l＝+1的左旋圆极化电磁波；当天线由第四端口激励时，所产生的波束携带的轨道角动量为l＝-1的右旋圆极化电磁波。图22-25所示为本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在各端口激励下所产生波束的频谱图，进一步说明了本发明低剖面共享孔径轨道角动量复用天线在四个端口的激励下能够产生携带不同模态的涡旋电磁波，且具有99％以上的纯度。

Claims

1.一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其特征在于，从上到下依次为：正八边形金属贴片、第一介质板、金属地板、第二介质板以及馈电网络；

第一介质板上开有六个金属化过孔，其中四个金属化过孔从左向右依次为第一金属化过孔，第三金属化过孔，第四金属化过孔以及第二金属化过孔，第一金属化过孔和第二金属化过孔分别位于八边形缝隙的外侧；第三和第四金属化过孔分别位于八边形缝隙的内侧；另外两个金属化过孔分别为第五金属化过孔和第六金属化过孔，位于正八边形缝隙内侧，与第三和第四金属化过孔对称设置；

在第二介质板上对应第一，第二，第三和第四金属化过孔的位置分别也开有四个金属化过孔，与第一介质板的四个金属化过孔连通；同时金属地板上对应四个金属化过孔的位置分别各自开有通孔；

第五金属化过孔和第六金属化过孔在第二介质板上对应的位置没有开孔，构成了短路柱，将缝隙内的正八边形贴片与金属地板连接在一起；

所述的馈电网络包括两个3dB定向耦合器，分别为第一3dB定向耦合器和第二3dB定向耦合器；第一3dB定向耦合器的一端连接第三端口和第四端口；第二3dB定向耦合器的一端连接第一端口和第二端口，这四个端口分别与SMA接头连接，作为射频信号的输入端；第一3dB定向耦合器的另一端作为输出端，分别与第二介质板上对应第一金属化过孔和第二金属化过孔相连，并通过金属化过孔与上层的金属贴片相连；同理，第二3dB定向耦合器的另一端作为输出端，分别与第二介质板上对应第三金属化过孔和第四金属化过孔相连，并通过金属化过孔与上层的金属贴片相连；

所述的复用天线的工作原理如下：

当射频信号由第一端口输入时，通过第二3dB定向耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属地板层，第三金属化过孔和第四金属化过孔到达缝隙内的小正八边形区域，在小正八边形区域形成两个具有90度相位差的振荡方向正交的电流，进而产生l＝0的右旋圆极化电磁波，向外辐射；

同样地，当射频信号由第二端口输入时，通过第二3dB定向耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属地板层，第三金属化过孔和第四金属化过到达缝隙内的小正八边形区域，在小正八边形区域形成两个具有90度相位差的振荡方向正交的电流，进而产生l＝0的左旋圆极化电磁波，向外辐射；

当射频信号由第三端口输入时，通过第一3dB定向耦合器分配成两路幅度相等、相位差为90度的射频信号，通过金属地板层，第一金属化过孔和第二金属化过孔到达缝隙外的大正八边形区域，在大正八边形区域形成两个具有90度相位差的两组环向交替出现的高阶模式电流，进而叠加产生l＝+1的左旋圆极化电磁波，向外辐射；

2.如权利要求1所述的一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其特征在于，所述的内外八边形的大小根据所需特征模式的工作频段设定，而缝隙位置影响内外八边形边长的大小；通过改变缝隙的位置或缝隙的大小，相应地改变缝隙内外八边形的边长尺寸，进而天线工作时的有效电流长度也随之改变，最终影响天线的谐振频率，出现频移。

3.如权利要求1所述的一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其特征在于，所述的金属地板略大于第一介质板，与第二层介质板底面大小一致；第二介质板的下层设置有馈电网络。

4.如权利要求1所述的一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其特征在于，所述的介质板的厚度和大小均与天线的工作频率、整体的设计方式以及其本身的介电常数和正切损耗值有关，同时结合考虑加工条件进行设置。

5.如权利要求1所述的一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其特征在于，所述的金属地板上的通孔尺寸略大于金属化过孔的尺寸，以保证输入射频信号能够到达上层的正八边形金属贴片。

6.如权利要求1所述的一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其特征在于，所述的第一，第二，第三和第四金属过孔靠近3dB定向耦合器的第一端口和第二端口。

7.如权利要求1所述的一种低剖面共享孔径双圆极化轨道角动量态复用天线，其特征在于，所述的第一介质板和第二介质板左右两侧分别各开有三个非金属化过孔，用于固定两层介质板。