申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2019-06-10

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110212313B

主分类号：H01Q21/20

分类号：H01Q21/20;H01Q21/00;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q1/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.10.08#实质审查的生效;2019.09.06#公开

摘要：本发明公开了一种电可调的道角动量波模式可重构天线，包含从上之下依次层叠固连的顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属，还包含单刀双掷开关、电源线和信号控制线；底层印刷金属包含环形馈电微带线、直线微带线和两个底层接地焊盘；第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板均呈矩形，大小相同；顶层印刷金属包含N个矩形辐射贴片天线和两个顶层接地焊盘。本发明中能够通过数字逻辑电平信号快速切换轨道角动量电磁波的模态，使得两种正交模态的轨道角动量波能够共口径使用。将本发明应用于通信领域将有望提高通信容量。

主权项：1.一种电可调的轨道角动量波模式可重构天线，其特征在于，包含顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属、单刀双掷开关、电源线和信号控制线，所述顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属从上之下依次层叠固连；所述底层印刷金属包含环形馈电微带线、直线微带线和两个底层接地焊盘，其中，所述环形馈电微带线上设有一缺口，该缺口两端分别和所述单刀双掷开关的两个选通引脚相连；所述直线微带线一端和单刀双掷开关的公共端引脚相连，另一端接入外部射频信号；所述电源线一端和单刀双掷开关的电源引脚相连，另一端接外部电压；所述信号控制线的一端和单刀双掷开关的信号引脚相连，另一端接外部控制信号；两个底层接地焊盘设置在直线微带线的两侧；所述第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板均呈矩形，大小相同；所述顶层印刷金属包含N个矩形辐射贴片天线和两个顶层接地焊盘，所述N个矩形辐射贴片天线的中心均匀分布在一个圆上，且N个矩形辐射贴片天线分别通过一个圆柱过孔和所述环形馈电微带线相连，所述环形馈电微带线对各个矩形辐射贴片天线馈电、使得其工作；所述两个顶层接地焊盘、两个底层接地焊盘均通过过孔连接到中间层印刷金属。

全文数据：一种电可调的道角动量波模式可重构天线技术领域本发明涉及通信技术领域，尤其涉及轨道角动量电磁波产生技术领域，具体涉及一种电可调的道角动量波模式可重构天线。背景技术无线通信发展日新月异，人们对于无线通信的需求日益增长。无线通信技术实现信息传递的方式是通过电磁波来携带信息传输的，为了防止携带各路信息的电磁波相互干扰，人们需要不断地拓宽使用频带。但是,频谱资源日益紧张,信道容量日趋香农极限。因此，复用技术的变革显得尤为重要。轨道角动量涡旋波具有螺旋型波前相位，由于不同模态间的轨道角动量涡旋波相互正交，且理论上轨道角动量涡旋波具有无穷多个模态，因此可以将各路信息调制到不同模式的轨道角动量涡旋波上，这样在同一载频下将拥有无穷多个相互独立的轨道角动量信道，利用轨道角动量涡旋波模式数这一新的自由度，将极大地提高频谱利用率，增大通信容量。另一方面要发射出无线信号就需要天线，而要发射出不同模式的轨道角动量波就需要不同形式的天线，如果需要同时使用到两种以上的模式，一般而言就需要增加对应数量的天线与发射机。发明内容本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种电可调的道角动量波模式可重构天线。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种电可调的道角动量波模式可重构天线，包含顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属、单刀双掷开关、电源线和信号控制线，所述顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属从上之下依次层叠固连；所述底层印刷金属包含环形馈电微带线、直线微带线和两个底层接地焊盘，其中，所述环形馈电微带线上设有一缺口，该缺口两端分别和所述单刀双掷开关的两个选通引脚相连；所述直线微带线一端和单刀双掷开关的公共端引脚相连，另一端接入外部射频信号；所述电源线一端和单刀双掷开关的电源引脚相连，另一端接外部电压；所述信号控制线的一端和单刀双掷开关的信号引脚相连，另一端接外部控制信号；所述第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板均呈矩形，大小相同；所述顶层印刷金属包含N个矩形辐射贴片天线和两个顶层接地焊盘，所述N个矩形辐射贴片天线的中心均匀分布在一个圆上，且N个矩形辐射贴片天线分别通过一个圆柱过孔和所述环形馈电微带线相连，所述环形馈电微带线对各个矩形辐射贴片天线馈电、使得其工作；所述两个顶层接地焊盘、两个底层接地焊盘均通过过孔连接到中间层印刷金属。作为本发明一种电可调的道角动量波模式可重构天线进一步的优化方案，N值为6。作为本发明一种电可调的道角动量波模式可重构天线进一步的优化方案，所述直线微带线的特征阻抗等于50欧姆。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：使用本发明所述的一种电可调的道角动量波模式可重构天线时，射频信号从直线微带线输入，经过单刀双掷开关导流向左边或是右边。单刀双掷开关的导流方向由控制信号线的逻辑电平决定，如果逻辑电平为低电平，则将射频信号导流向左边，此时射频信号沿着环形馈线顺时针流动，通过6个圆柱过孔依次向6个矩形贴片天线馈电，贴片天线的辐射场在空间形成+1模式的轨道角动量波；如果控制信号线输入的逻辑电平为高电平，则单刀双掷开关将射频信号导流向右边，贴片天线的辐射场在空间形成-1模式的轨道角动量波。本发明在不增加天线数量的情况下，使得天线可以发射出两路正交的轨道角动量波，提高了通信容量。附图说明图1a、图1b、图1c分别为本发明的侧视图、俯视图、仰视图；图2为本发明工作于+1模式时，距离天线表面300mm处的相位普分布；图3为本发明工作于-1模式时，距离天线表面300mm处的相位普分布。图中，1-底层印刷金属，2-中间层印刷金属，3-顶层印刷金属，4-第一介质基板，5-矩形贴片天线，6-圆柱过孔，7-顶层接地焊盘，8-环形微带线，9-电源线，10-单刀双掷开关，11-直线微带线，12-控制信号线，13-底层接地焊盘。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。如图1a、图1b、图1c所示，本发明公开了一种电可调的道角动量波模式可重构天线，包含顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属、单刀双掷开关、电源线和信号控制线，所述顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属从上之下依次层叠固连；所述底层印刷金属包含环形馈电微带线、直线微带线和两个底层接地焊盘，其中，所述环形馈电微带线上设有一缺口，该缺口两端分别和所述单刀双掷开关的两个选通引脚相连；所述直线微带线一端和单刀双掷开关的公共端引脚相连，另一端接入外部射频信号；所述电源线一端和单刀双掷开关的电源引脚相连，另一端接外部电压；所述信号控制线的一端和单刀双掷开关的信号引脚相连，另一端接外部控制信号；所述第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板均呈矩形，大小相同；所述顶层印刷金属包含N个矩形辐射贴片天线和两个顶层接地焊盘，所述N个矩形辐射贴片天线的中心均匀分布在一个圆上，且N个矩形辐射贴片天线分别通过一个圆柱过孔和所述环形馈电微带线相连，所述环形馈电微带线对各个矩形辐射贴片天线馈电、使得其工作；所述两个顶层接地焊盘、两个底层接地焊盘均通过过孔连接到中间层印刷金属。图1b中N值为6，直线微带线的特征阻抗优先取50欧姆。携带轨道角动量的电磁波波束具有expilθ的相位分布，其中l是拓扑电荷数，θ是角坐标，为了使环形阵列天线能够辐射出带有轨道角动量的电磁波，以环形阵列中某一辐射单元在本发明中即是矩形贴片天线为参考，沿环形阵列的其他辐射单元应依次具有-n-1lθN或+n-1lθN的相位分布，其中n为以参考辐射单元数其的第n个辐射单元，n的取值范围为1到N，N为辐射单元总数量。在本发明中取|l|＝1，又当控制信号电平输入低电平是l＝-1，当控制信号电平输入高电平是l＝+1。在本发明中，为了使得环形阵列排布的N个贴片天线能够顺利放置，调整依次沿环形分布的贴片天线相位差为360°n+n-1×lθN。在本发明的具体实施方案中，N值取6。根据所述6个环形分布矩形贴片天线相位要求，根据本发明的具体实施方案可以计算出相邻矩形贴片天线之间的电长度，在4.85GHz时该长度为8.3mm，以及环形微带线半径为50mm。在具体实施方案中，6个矩形贴片的尺寸为20.1mm×17.5mm，与圆柱形过孔的连接点设置在长度为20.1mm的边长中心偏右3.5mm，17.5mm边长的中心；圆柱形过孔的直径设为0.7mm。在具体实施方案中，设置介质基板的介电常数为2.2，厚度为0.5mm，两层介质基板的总厚度为1mm，大小为150mm*150mm。在具体实施方案中，设置直线微带线和环形微带线的宽度为1.5mm。如图2和图3所示+1和-1两种模式下的相位普呈现清晰的单臂螺旋分布，具有很好的模式纯度。本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语包括技术术语和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种电可调的道角动量波模式可重构天线，其特征在于，包含顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属、单刀双掷开关、电源线和信号控制线，所述顶层印刷金属、第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板、底层印刷金属从上之下依次层叠固连；所述底层印刷金属包含环形馈电微带线、直线微带线和两个底层接地焊盘，其中，所述环形馈电微带线上设有一缺口，该缺口两端分别和所述单刀双掷开关的两个选通引脚相连；所述直线微带线一端和单刀双掷开关的公共端引脚相连，另一端接入外部射频信号；所述电源线一端和单刀双掷开关的电源引脚相连，另一端接外部电压；所述信号控制线的一端和单刀双掷开关的信号引脚相连，另一端接外部控制信号；所述第一介质基板、中间层印刷金属、第二介质基板均呈矩形，大小相同；所述顶层印刷金属包含N个矩形辐射贴片天线和两个顶层接地焊盘，所述N个矩形辐射贴片天线的中心均匀分布在一个圆上，且N个矩形辐射贴片天线分别通过一个圆柱过孔和所述环形馈电微带线相连，所述环形馈电微带线对各个矩形辐射贴片天线馈电、使得其工作；所述两个顶层接地焊盘、两个底层接地焊盘均通过过孔连接到中间层印刷金属。2.如权利要求1所述的电可调的道角动量波模式可重构天线，其特征在于，N值为6。3.如权利要求1所述的一种电可调的道角动量波模式可重构天线，其特征在于，所述直线微带线的特征阻抗等于50欧姆。

百度查询： 南京航空航天大学 一种电可调的轨道角动量波模式可重构天线

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