[发明专利]一种集成化低剖面的低副瓣OAM天线

说明书

一种集成化低剖面的低副瓣OAM天线，涉及天线射频技术领域。本发明是为了解决利用传统的激发贝塞尔波束的方法来实现高速通信和扩大信道信息容量时，体积难以满足要求的问题。本发明所述的一种集成化低剖面的低副瓣OAM天线，该低副瓣OAM天线利用超表面同馈源进行集成化，实现了整个OAM天线的体积的减小，而且通过利用高增益超表面天线来实现整个OAM天线的增益的提高和副瓣电平的降低。

技术领域

本发明属于天线射频技术领域，尤其涉及低副瓣OAM天线结构。

背景技术

受限于频谱资源、信道信息容量等因素，导致大规模数据信息的高速高效传播一直无法实现。轨道角动量是一种存在于某种波束的特性，与线动量不同，它既不与频率有关也不与电磁波的极化方式有关，只与电磁波束波前的各点相对于传播轴中心的坐标有关。轨道角动量的拓扑值理论上可以取遍整个整数区间，携带不同拓扑值的轨道角动量的波束之间天然正交，互相不产生干扰。这对于现代无线通信以及即将到来的“大数据”时代具有很深远的意义。对于频谱资源的短缺，可以利用轨道角动量来实现不增加频带宽度的情况下极大增加波束携带信息容量，进而实现多路的通信。只需要将不同信息加载到携带不同拓扑值的轨道角动量的波束上，就可以令它们在同一频带内传输而互不干扰。

贝塞尔波束可以在很长的一段距离内不发生衍射，高阶的贝塞尔波束又天然携带轨道角动量。这样就让高速通信和扩大信道信息容量可以同时实现。贝塞尔波束是一种形式上满足波动方程贝塞尔函数形式的解的电磁波，理论上其能量可以在传播轴方向上达到无穷大，但是实际上无法实现。目前，本领域一般将平面波利用某种手段向传播轴上汇聚来近似达到这种理论效果。传统的激发贝塞尔波束的方法无论是在体积上还是在加工难度上都难以适应现在的应用需求。

发明内容

本发明是为了解决利用传统的激发贝塞尔波束的方法来实现高速通信和扩大信道信息容量时，体积难以满足要求的问题，现提供一种集成化低剖面的低副瓣OAM天线。

一种集成化低剖面的低副瓣OAM天线，包括：OAM激发超表面1、馈源天线2和极化板超表面3，

OAM激发超表面1包括多个反射型超表面单元，每个反射型超表面单元均包括依次层叠设置的金属贴片层11、第一介质层12和第一金属地板层13，金属贴片层11包括两个开口相对且镜像对称设置的弧形金属片，两个弧形金属片的中点通过一个金属条相连，该金属条与第一介质层12的一条对角线重合；

馈源天线2包括依次层叠设置的辐射超表面、F-P谐振腔23和耦合层，

极化板超表面3包括第四介质层31，第四介质层31两面均设有金属带条层32，

多个反射型超表面单元呈矩形阵列的形式围绕在馈源天线2的四周，极化板超表面3的一个金属带条层32与馈源天线2的辐射超表面相对，且二者之间留有空隙。

进一步的，上述第一介质层12的材料为F₄B350，介电常数为3.5，损耗角正切为0.001，厚度为3mm；第一金属地板层13为PEC金属反射板；反射型超表面单元的周期为6mm。

进一步的，上述辐射超表面包括层叠设置的辐射层和第二介质层22，辐射层包括呈4×4矩形阵列排布的16个矩形PEC贴片21，第二介质层22与F-P谐振腔23相邻。

进一步的，上述第二介质层22的材料为F₄B350，介电常数为3.5，损耗角正切为0.001。

进一步的，上述耦合层包括依次层叠设置的第二金属地板层24、第三介质层25和电磁能量引入层26，

第二金属地板层24的中心位置开有一条矩形缝隙，该矩形缝隙与第二金属地板层24的边相互平行；电磁能量引入层26包括矩形的微带线和扇形的巴伦匹配结构，微带线的一端与巴伦匹配结构的圆心处相连；第二金属地板层24与F-P谐振腔23相邻。