CN113224550A - 宽带毫米波oam天线 - Google Patents

宽带毫米波oam天线 Download PDF

Info

Publication number
CN113224550A
CN113224550A CN202110462522.3A CN202110462522A CN113224550A CN 113224550 A CN113224550 A CN 113224550A CN 202110462522 A CN202110462522 A CN 202110462522A CN 113224550 A CN113224550 A CN 113224550A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circular polarization
oam
antenna
microstrip
millimeter wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110462522.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113224550B (zh
Inventor
胡俊
张田子
张琪芸
吴文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN202110462522.3A priority Critical patent/CN113224550B/zh
Publication of CN113224550A publication Critical patent/CN113224550A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113224550B publication Critical patent/CN113224550B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种宽带毫米波OAM天线，该天线基于均匀圆阵列，辐射单元为顺序旋转排列的微带贴片天线，贴片单元为等腰直角三角形，通过适当的切角以及合适的馈电位置具有宽带的特性；根据等腰直角三角形微带贴片的切角位置划分右圆极化单元和左圆极化单元：右圆极化单元以顺时针旋转排列时，可辐射+1模态的OAM波，同时波束具有右圆极化特性；左圆极化单元以顺时针旋转排列时，可产生‑1模态的OAM波，同时波束具有左圆极化特性。馈电网络基于微带传输线，由于采用顺序旋转结构，其馈电网络不需要添加移相器，使得该天线结构变得更加简单。此外，小尺寸支持密集部署，可用于毫米波视距范围点对点无线通信。

Description

宽带毫米波OAM天线
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种宽带毫米波OAM天线。
背景技术
由于毫米波段频谱资源丰富，带宽极大。5G毫米波网络支持密集化部署，可轻易实现Gbps级别的峰值吞吐量，实现极快的传输速度的同时也实现了极低的时延。这些优势使得5G毫米波天线成为目前的研究热点。
近年来，由于OAM天线可用于无线通信，雷达成像，医疗成像，旋转物体多普勒频移检测等方面而引起广泛关注。由于OAM理论上具有无限多相互正交的拓扑荷，应用于无线通信可在传统资源(频率，时间，空间等)的基础上增加新的维度，从而可进一步提高频谱效率。非零阶的OAM只在视距范围内有效辐射，相似的是，毫米波通信是一种典型的视距通信，其安全性好，传输质量高。将OAM天线应用于毫米波视距通信，在高质量的通信的同时，还可以进一步提高频谱效率。
将OAM应用到无线通信的关键是OAM波的产生。用于产生OAM波的方式有很多。而应用较为广泛的一种方式为采用UCA。UCA可以较容易的产生各种模态的OAM波，但通常，对于N个单元的UCA，要产生l模式的OAM波其单元间的相位差为2Πl/N，从而馈电网络中需要添加多个移相器来实现单元间连续相位差，这导致馈电网络结构变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带毫米波OAM天线，实现小尺寸宽带OAM天线应用于毫米波段。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带毫米波OAM天线，采用四个以上带切角的等腰直角三角形微带贴片，顺序旋转排列成均匀圆阵列，实现宽带OAM波辐射。
根据等腰直角三角形微带贴片的切角位置划分右圆极化单元和左圆极化单元：将等腰直角三角形斜边水平放置，两直角边位于斜边上方，当切角位于右侧时，带切角的等腰直角三角形微带贴片为右圆极化单元，当切角位于左侧时，带切角的等腰直角三角形微带贴片为左圆极化单元；
右圆极化单元以顺时针旋转排列时，可辐射+1模态的OAM波，同时波束具有右圆极化特性；左圆极化单元以顺时针旋转排列时，可产生-1模态的OAM波，同时波束具有左圆极化特性。
作为一种优选方式，相邻带切角的等腰直角三角形微带贴片的旋转角度相同。
作为一种优选方式，天线的馈电方式为微带馈电网络与各单元之间的同轴馈电。
作为一种优选方式，微带贴片数量为四个，呈风车状顺序旋转排列，馈电网络采用微带传输线构成T形功分网络实现1分4的功率分配。
作为一种优选方式，微带贴片印刷在第一介质基板上表面，接地板上接第一介质基板，下接第二介质基板，馈电网络印刷在第二介质基板下表面。
作为一种优选方式，两层介质基板材料均为Rogers 5880，介电常数＝2.2，介质损耗角正切＝0.0009。
作为一种优选方式，微带贴片与馈电网络之间采用同轴探针连接
与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明中对等腰直角三角形贴片单元进行切角可实现圆极化，其具有尺寸小、宽带宽的特点，以顺序旋转的方式排列成UCA可用于毫米波段宽带OAM波辐射，同时阵列具有紧凑性。
附图说明
图1为本发明两种极化贴片单元及其各自以顺序旋转的方式构成的阵列示意图。
图2为本发明的馈电网络示意图。
图3为本发明的天线结构侧视图。
图4为本发明实施例的S参数示意图。
图5为本发明实施例的远场方向图。
具体实施方式
顺序旋转馈电技术一般用于圆极化天线阵列，可增加天线的轴比带宽。圆极化跟自旋角动量(SAM)有关。SAM与OAM统称为角动量(AM)。将顺序旋转结构用于OAM的产生可省去馈电网络中的移相器，从而可减小损耗。微带天线具有低剖面，低成本，宽带宽的特点，广泛应用于微波频段。毫米波段的微带线尺寸小，损耗较高。但基于微带线的馈电网络中，无移相器，使得损耗大大降低，从而可将微带线馈电网络应用于毫米波段。在保证天线辐射性能的同时可大大减小天线的尺寸。
本发明提供一种新型的宽带毫米波OAM天线，采用四个以上带切角的等腰直角三角形微带贴片，顺序旋转排列成UCA可实现宽带OAM波辐射；
所述带切角的等腰直角三角形微带贴片根据切角位置分为：将等腰直角三角形斜边水平放置，两直角边位于斜边上方，当切角位于右侧时，带切角的等腰直角三角形微带贴片为右圆极化单元，当切角位于左侧时，带切角的等腰直角三角形微带贴片为左圆极化单元；
右圆极化单元以顺时针旋转排列时可辐射+1模态的OAM波，同时波束具有右圆极化特性，左圆极化单元以顺时针旋转排列时，可产生-1模态的OAM波，同时波束具有左圆极化特性。
进一步的，所述的两种旋转排列方式，均可采用同一种馈电网络。馈电网络中不需要移相器，使得损耗大大减小，可采用微带传输线实现毫米波段的应用。
进一步的，所述的新型的宽带毫米波OAM天线，相邻带切角的等腰直角三角形微带贴片的旋转角度相同。
本发明提供一种新型的宽带毫米波OAM天线，基于UCA，采用微带贴片单元顺序旋转排列以及无移相器的微带馈电网络来实现。
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例
本实施例提出一种采用顺序旋转结构，用于毫米波段产生±1模态的宽带OAM天线。该天线基于均匀圆阵列(UCA)，辐射单元为四个顺序旋转排列的微带贴片天线，排列形状似风车。贴片单元为等腰直角三角形，通过适当的切角以及合适的馈电位置具有宽带的特性。天线的馈电方式为微带馈电网络与各单元之间的同轴馈电。馈电网络基于微带传输线，由于采用顺序旋转结构，其馈电网络不需要添加移相器，使得该天线结构变得更加简单。
由图1所示，图1(a),(b)分别为右圆极化和左圆极化天线单元，分别以顺时针旋转排列成图1(c),(d)阵列。图1(c)阵列具有右圆极化特性，用于产生模态+1的OAM波束，图1(d)阵列具有左圆极化特性，用于产生模态-1的OAM波束。
由图2所示，馈电网络采用微带传输线构成简单的T形功分网络实现1分4的功率分配。通过对微带线的宽度调节可实现阻抗匹配，从而实现更好的辐射。
图3为天线结构侧视图，从图中可以看出，辐射贴片1印刷在第一介质基板2上表面，接地板3上接第一介质基板2，下接第二介质基板4，馈电网络5印刷在第二介质基板4下表面。辐射贴片1与馈电网络5之间采用同轴探针6连接。其中两层介质基板材料均为Rogers5880，介电常数＝2.2，介质损耗角正切＝0.0009，相较于高介电常数的介质基板，厚度相同时，馈电网络中微带线要以更宽的尺寸实现阻抗匹配，从而可降低微带线的损耗。天线整体具有小尺寸，低剖面，结构紧凑的特点。
由于本发明中的左、右圆极化阵列结构上对称，具有相同的S参数，图4只给出左圆极化阵列的S参数，从图中可以看出，天线的-10dB阻抗带宽为33％(25.6-35.8GHz)，表明该天线的宽带特性。
图5为左圆极化阵列分别在频率为26、30、34GHz的远场方向图，从图中可以看出三个频点的波束指向一致，但随着频率的升高，辐射方向图的副瓣电平稍有所增加，但在整个宽频带内均能有效生成OAM波束。

Claims (8)

1.一种宽带毫米波OAM天线，其特征在于，采用四个以上带切角的等腰直角三角形微带贴片，顺序旋转排列成均匀圆阵列，实现宽带OAM波辐射。
2.根据权利要求1所述的宽带毫米波OAM天线，其特征在于，根据等腰直角三角形微带贴片的切角位置划分右圆极化单元和左圆极化单元：将等腰直角三角形斜边水平放置，两直角边位于斜边上方，当切角位于右侧时，带切角的等腰直角三角形微带贴片为右圆极化单元，当切角位于左侧时，带切角的等腰直角三角形微带贴片为左圆极化单元；
右圆极化单元以顺时针旋转排列时，可辐射+1模态的OAM波，同时波束具有右圆极化特性；左圆极化单元以顺时针旋转排列时，可产生-1模态的OAM波，同时波束具有左圆极化特性。
3.根据权利要求1或2所述的宽带毫米波OAM天线，其特征在于，相邻带切角的等腰直角三角形微带贴片的旋转角度相同。
4.根据权利要求3所述的宽带毫米波OAM天线，其特征在于，天线的馈电方式为微带馈电网络与各单元之间的同轴馈电。
5.根据权利要求3所述的宽带毫米波OAM天线，其特征在于，微带贴片数量为四个，呈风车状顺序旋转排列，馈电网络采用微带传输线构成T形功分网络实现1分4的功率分配。
6.根据权利要求3所述的宽带毫米波OAM天线，其特征在于，微带贴片印刷在第一介质基板上表面，接地板上接第一介质基板，下接第二介质基板，馈电网络印刷在第二介质基板下表面。
7.根据权利要求6所述的宽带毫米波OAM天线，其特征在于，两层介质基板材料均为Rogers 5880，介电常数＝2.2，介质损耗角正切＝0.0009。
8.根据权利要求6所述的宽带毫米波OAM天线，其特征在于，微带贴片与馈电网络之间采用同轴探针连接。
CN202110462522.3A 2021-04-27 2021-04-27 宽带毫米波oam天线 Active CN113224550B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110462522.3A CN113224550B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 宽带毫米波oam天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110462522.3A CN113224550B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 宽带毫米波oam天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113224550A true CN113224550A (zh) 2021-08-06
CN113224550B CN113224550B (zh) 2023-05-05

Family

ID=77089308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110462522.3A Active CN113224550B (zh) 2021-04-27 2021-04-27 宽带毫米波oam天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113224550B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113782988A (zh) * 2021-08-22 2021-12-10 南京理工大学 用于产生多模态oam波束的紧凑型顺序旋转同心均匀圆阵列

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017224988A (ja) * 2016-06-15 2017-12-21 日本電信電話株式会社 アンテナ調整方法及び通信システム
CN111430896A (zh) * 2020-04-13 2020-07-17 安徽大学 一种宽带毫米波双圆极化双模式轨道角动量天线
CN112072302A (zh) * 2020-08-31 2020-12-11 杭州电子科技大学 一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017224988A (ja) * 2016-06-15 2017-12-21 日本電信電話株式会社 アンテナ調整方法及び通信システム
CN111430896A (zh) * 2020-04-13 2020-07-17 安徽大学 一种宽带毫米波双圆极化双模式轨道角动量天线
CN112072302A (zh) * 2020-08-31 2020-12-11 杭州电子科技大学 一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
胡文龙等: ""应用于C波段的宽带圆极化微带天线设计"", 《应用科技》 *
胡燕金等: ""基于TM110模的三角形半模结构的三模态OAM天线"", 《2020年全国微波毫米波会议论文集（上册）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113782988A (zh) * 2021-08-22 2021-12-10 南京理工大学 用于产生多模态oam波束的紧凑型顺序旋转同心均匀圆阵列

Also Published As

Publication number Publication date
CN113224550B (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Serup et al. Dual-band shared aperture reflectarray and patch antenna array for S-and Ka-bands
WO2018170970A1 (zh) 一种宽波束平面圆极化天线
Sharma et al. A millimeter wave elliptical slot circular patch MIMO antenna for future 5G mobile communication networks
CN108736154A (zh) 一种圆极化轨道角动量天线
Al-Saedi et al. A dual circularly polarized patch antenna for broadband millimeter wave (MMW) communication systems
Sun et al. The design of array antenna based on multi-modal OAM vortex electromagnetic wave
Ali et al. Dual-band millimeter-wave microstrip patch array antenna for 5G smartphones
CN103078182A (zh) 一种宽带背腔式微波毫米波圆极化天线
CN113224550B (zh) 宽带毫米波oam天线
Tan et al. A dual-polarized Fabry-Perot cavity antenna at Ka band with broadband and high gain
CN107978865B (zh) 一种用于相控阵的宽扫描角s波段双圆极化微带天线及其阵列
CN115395217A (zh) 毫米波小型化圆极化反射阵天线
Yang et al. A cosecant squared beam antenna array operating at 5.85-7.6 GHz
Sahu et al. 4× 4 rectangular patch array antenna for bore sight application of conical scan S-band tracking radar
Pedram et al. Evolution and move toward fifth-generation antenna
Wang et al. A low loss frequency scanning planar array using hybrid coupling
Milijic et al. Analysis of Feeding Methods for High-Gain Crossed Slot Antenna Arrays
Xiao et al. Ultra-Wideband Vortex Wave Array Based on Vivaldi Antenna Elements
Uddin et al. Switchable beamsteering antenna array using 3-bit phase quantization at 28 GHz
Estañ et al. Antenna solutions for UWB communication devices in 60GHz range
Gu et al. A dual-band dual-beam metasurface antenna
Liu et al. Direct synthesis of slot arrays for 5G communication applications
Zhang et al. Millimeter-wave wideband circularly polarized antenna array using SIW-fed S-dipole elements
CN218300238U (zh) 毫米波小型化圆极化反射阵天线
Awida et al. Dual-polarized low-profile 16× 4 SIW cavity-backed patch array for direct broadcast satellite applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant