基于透射超表面加载圆阵的双波束涡旋波天线

为了提高通信系统的信道容量和频谱效率,本文提出了一种工作在X波段的透射超表面加载的八单元的均匀圆阵(UCA)双波束轨道角动量(OAM)天线,超表面分为三层结构,分别中间的金属层和上下的正交金属栅层,中间层将馈源辐射的y轴线极化入射的+1模态的涡旋电磁波转换为x轴线极化的出射的+1模态涡旋电磁波,同时基于相位叠加原理构成双波束超表面,将入射波分为两个不同方向(30°,0°)和(30°,180°)的出射波,并且出射涡旋电磁波相对于入射涡旋电磁波发散角降低了9°。该研究有望为基于多波束的轨道角动量复用和大通信容量的天线设计提供一种新的思路。

一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线

随着5G等新一代通信技术的迅速发展,对信道容量和频谱利用效率的需求越来越高。以双频天线为阵元进行组阵,将同时在两个谐振频率处产生OAM波束,大大提高了频谱的利用率。本文提出一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线。其由八个阵元以60mm为半径均匀排列,阵元为切角U型槽天线,采用同轴馈电。通过调节该双频涡旋波天线各阵元的馈电相位,实现了在2.7 GHz和3.7 GHz处同时产生七种不同模态的OAM波束。仿真结果显示:其在低频处|S11|<-10dB的回波损耗带宽为0.24 GHz(2.57~2.81 GHz),高频处为0.25 GHz(3.57~3.82 GHz)。双频带内隔离度均大于23dB。本天线可以进一步提高雷达系统的分辨率。

一般情形下的UCA辐射方向图理论研究

产生涡旋波束的方法有多种,其中最常见的是均匀圆阵列(UCA),具有简单的结构和便捷的模式调控能力。然而,在高阶模态下,增加UCA的单元数会导致成本和空间占比增大,并且可能降低高阶模态的纯度。目前,UCA的设计多种多样,但对于选择合适单元数量的研究还比较缺乏。本文基于DFT,分析UCA的辐射方向图,并在偶数单元数的基础上增加奇数单元数,同时考虑了阵列半径、观测面与圆阵的距离以及观测圆的半径这些因素对纯度的影响。通过仿真研究设定了纯度阈值,从而确定最适合的单元数量。UCA实验结果表明,N=3时带内隔离度可达到35dB,而N=4保持在28-35dB,因此奇数单元有较稳定的隔离度。此外内环N=3,外环N=5的同心圆环阵列(UUCA)的隔离度均大于20dB。综上,在选择UCA单元数量时需要综合考虑纯度要求、成本、空间限制和系统性能等因素。