基于天线阵列的OAM波天线系统设计以及实验验证

摘要

随着无线通信技术的飞速发展，各种通信设备被用于通信系统中，导致对无线数据传输速度的要求越来越高，最终造成对带宽需求的急剧增加，然而无线通信系统中的频带资源是有限的。在这种情况下，如何提升频谱的通信容量是一个重要课题，轨道角动量（OAM）作为一种新的复用方式，被认为是提升通信容量的一种有效方法，具有大幅度提升通信容量的潜力。
　　本文主要针对产生OAM波束的新型天线进行研究。首先，基于相控天线阵列的原理，提出了三种产生OAM波的相控天线形式，分别为：圆形贴片天线、缝隙天线阵列和单极子天线阵列，并且对这三种天线进行仿真分析，仿真结果表明了三种天线形式均可产生OAM波束。接着针对这三种相控天线还设计了相应的馈电系统：当一个输入激励通过馈电系统之后，其输入信号可以分成八路等幅、依次同相位差的输出信号。然后将馈电系统和三种产生OAM波束的相控天线相连，并将得到的三种天线系统的仿真结果进行对比，最终选择出一种最优的产生OAM波束的天线系统。
　　最后依照贴片单极子天线系统的仿真结果，设计了该天线系统的PCB板，利用该PCB板进行了天线系统的实物加工，并在微波暗室中进行了实验测试。仿真数据被测试结果证明了有效性，证实了该天线确实可以产生OAM波束，是一种结构简单、性能较好的OAM波天线。

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1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与章节安排

2 产生OAM波束的天线设计

2.1 轨道角动量基础

2.2 相控天线阵列产生OAM波束原理

2.3 产生OAM波束的天线

2.4 本章小结

3 产生OAM波束的馈电系统设计及天线系统仿真

3.1馈电系统设计

3.2 圆形贴片天线系统

3.3 缝隙天线系统

3.4 单极子天线系统

3.5 三种天线系统对比

3.6 本章小结

4 单极子天线系统设计及测试

4.1 单极子天线PCB设计

4.2 单极子天线测试结果

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利