基于轨道角动量的双频阵列天线的设计与分析

随着通信技术的蓬勃发展,通信频带变得越来越拥挤。为了提升频谱效率和信道容量,基于轨道角动量的思想,以同轴馈电的贴片微带天线为阵元,设计了一种可以携带轨道角动量涡旋电磁波的双频微带阵列天线。HFSS的仿真结果表明,该天线的-10 dB带宽为11.37～22.77 GHz和25.06～31.71 GHz,可以产生多种模态值的OAM波束,而且各个模态的OAM波束具有良好的对称性和旋转性,并且在中心频率21 GHz和27 GHz能同时产生OAM涡旋电磁波。该系统在未来的移动通信(6G)具有广阔的应用前景。     

基于UCA天线的轨道角动量无线电波束的研究

有研究发现,电磁波(EM)的一种特性是能够多路传输携带轨道角动量(OAM),每个电磁波波束都具有独特的螺旋相位波前。因此,轨道角动量可以作为新的资源应用于无线通信中。通过发送多个同轴数据流,这种基于OAM的复用可以潜在提高无线通信系统的容量及频谱效率。在OAM的生成方式中,均匀圆形天线阵(UCA)通过向每个天线元件馈送一定的相位偏移来辐射承载轨道角动量的电磁波波束。文中详细介绍了轨道角动量的发展现状及其基本理论,对UCA天线生成的OAM涡旋波束进行了研究。通过对UCA天线产生的涡旋电磁波波束的振幅和相位进行分析,得到了携带轨道角动量的蜗旋波束的传播特性以及具有不同OAM模数的涡旋电磁波的辐射特点。     

一种多轨道角动量模式双环形微带阵列天线

针对圆环形阵列天线产生轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)涡旋电磁波的技术,提出了一种基于多层板设计的双环形径向均匀圆阵列天线,用于产生多种OAM模式。以L型探针馈电的圆微带天线为单元,将多个相同的单元天线等间隔的分布在一个同心圆上组成双环形阵列天线,并采用等幅且同一圆环的相邻阵元间以连续相位差的方式馈电。HFSS仿真表明,上述天线阵可以产生具有多模式轨道角动量的涡旋电磁波束。所提出的天线可作为利用OAM进行相位分集的候选天线以增加无线通信的信道容量。     

涡旋电磁波轨道角动量传输的量子电动力学分析

随着可用频率等无线传输资源逐渐消耗殆尽,基于电磁波轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)新维度的数据传输成为未来无线通信系统潜在核心关键技术.具有OAM的电磁波被称为涡旋电磁波,具体可分为通过回旋电子辐射生成的涡旋电磁波量子,以及由不同相位的电磁波量子叠加生成的统计态涡旋波束.然而,由于统计态涡旋波束被认为是基于多天线的多输入多输出(multipleinput multiple-output, MIMO)系统的一种在直射信道环境下波束成形的特例,从而对电磁波OAM传输是否具有新维度产生争论.特别是从微观层面到宏观层面,目前缺少相应理论文献和分析方法予以澄清.为解决这个问题,本文提出了一种基于量子电动力学(quantum electro-dynamics, QED)的轨道角动量分析方法,结合统计物理学概念,对涡旋电磁波轨道角动量传输过程进行分析,明确了量子态和统计态的区别.本文的主要创新点包括:(1)提出了一种结合统计物理学的量子电动力学分析方法,建立了电磁波微观状态与宏观状态的桥梁;(2)采用所提方法,对统计态OAM涡旋波束进行了全面分析,并与量子态O...     

宽带圆极化阵列天线设计

提出了一种应用于S波段小型宽带圆极化微带贴片天线阵列。单点背馈式方形贴片印刷于Duroid5880介质板上,在贴片上加载两个相邻矩形缝隙,一方面实现圆极化辐射,另一方面拓展天线单元的阻抗带宽。利用该单元组阵,通过采用连续相位旋转法馈电天线单元拓展天线阵列的轴比带宽,仿真结果表明,线阵和面阵的阻抗和轴比带宽均达到10%以上。     

一种易调谐的小型GPS微带天线设计

提出了一款新颖的易调谐小型GPS微带天线结构。采用正方形贴片作为辐射单元,通过切角微扰实现右旋圆极化辐射;在贴片中心开槽和四周开缝,利用贴片曲流技术减小天线的尺寸;使用同轴中心馈电加载微带匹配段,实现阻抗的匹配。文章给出了天线的设计思路,并进行了大量的电磁仿真优化,最终对天线进行了加工实验。实验结果表明,在设计的频带内,天线具有较好的阻抗匹配和圆极化辐射特性。该天线具有结构紧凑、易于调谐的特点,具有良好的应用前景。     

一种紧凑型宽频带圆极化射频识别天线设计

针对现有圆极化天线难以同时满足宽频带和小型化应用需求的问题,面向全球超高频射频识别(RFID)读写应用,采用新型功分移相馈电网络、旋转短路辐射贴片和耦合贴片、馈电探针和短路探针,设计了一种紧凑型宽频带圆极化射频识别天线。测试结果表明,该天线回波损耗大于15dB的相对带宽为59%,轴比小于3dB的相对带宽为34%,在全球超高频RFID频段范围内,天线辐射增益大于2.7dBi,辐射方向十分对称和稳定,其半功率波束宽度大于101°,适用于宽角度范围读写;与现有圆极化天线的性能指标和结构相比,该天线的工作频段不仅能够覆盖全球超高频RFID频段,而且结构紧凑,有利于RFID系统的低成本设计和实施。     

一种频率可重构圆极化微带天线的设计

提出了一种新型频率可重构圆极化微带贴片天线的设计。采用一种方环形贴片结构,在贴片对称缝隙中添加4个RF MEMS开关,通过调节开关的通断来实现对天线频率的可重构。同时天线采用4馈点馈电来实现右旋圆极化波,并利用仿真软件HFSS 13.0对天线特性进行了仿真验证。仿真结果表明,在开关断开时,天线可接收GPS L1、GLONASS L1和BDS B1信号,在开关闭合时,天线可接收BDS B3信号,且天线的回波损耗和轴比都能满足要求。     

一种卫星导航终端多频圆极化微带天线的设计

设计了一种覆盖北斗一代发射L频段、接收S频段、北斗二代B1频段和GPS的L1频段多频圆极化微带天线。天线采用叠层结构来实现多频段的覆盖,各频段采用单点馈电的方式,利用辐射贴片切角实现天线的圆极化特性。天线进行了仿真设计、实物制作、指标测试和功能测试,结果表明,该天线工作带宽、圆极化特性和增益均满足卫星导航终端天线的指标要求,能够应用于北斗/GPS卫星导航终端。     

北斗宽波束“U”型槽双频微带天线的设计

基于北斗导航系统的实际通信需求,要求接收天线具有多频带、宽波束、小型化等特点,为此选定设计一款矩形贴片微带天线。结合微带天线的双频圆极化理论,采用同轴线的馈电方法,设计了一款在贴片上开“U”型槽的双频微带天线,使微带天线可以同时工作在北斗B2频段（1210±10MHz）和B3频段（1268±10MHz）,实现了微带天线的双频化,而且减小了天线尺寸。通过HFSS对该天线进行了仿真和参数优化,结果表明,天线回波损耗S11小于-20dB;天线增益大于3dB;双频内的轴比小于6dB;具有较宽的波束,较好的圆极化性能,较小的尺寸,可达到设计要求;而且,电路的设计方法简单,制作工艺简单,可为实际的应用提供参考。