环形行波缝隙天线的OAM辐射特性研究

摘要

无线通信发展迅速，高速率、高带宽是主要发展趋势，而频谱的稀缺性成为了限制其发展的瓶颈。轨道角动量是一个新的自由度，它的各个模态之间相互正交，这一特性成为提高通信速率以及编码效率的基础。电磁波束携带轨道角动量除具有频率、相位、极化等属性外，还具有轨道角动量这一新的维度，因此可用于多级调制，提高频谱利用率，同时提高通信容量，成为电磁领域和通信领域的一个研究热点。
　　本文着重对环形行波天线以及基于该天线设计的环形谐振腔缝隙天线的轨道角动量辐射特性进行了研究。在理想馈电条件下，通过建立模型、理论计算和电磁仿真，验证了环形行波天线可以产生携带轨道角动量的电磁波束。然而，实际中天线上的损耗不可避免，环上恒定电流强度无法保证，接着研究了损耗对环形行波天线的轨道角动量辐射特性的影响。一定损耗会导致场的相位不完美和幅度不均匀，因此提出在发射端对天线应用多点馈电技术对天线进行改善。最后，对基于环形行波天线设计的环形谐振腔天线进行一系列计算、仿真和实验，研究了其轨道角动量辐射特性，验证了环形行波天线产生轨道角动量波束的正确性以及解决损耗方案的合理性。
　　本文研究了环形行波天线的轨道角动量辐射特性，同时考虑影响因素，提出进一步的改进方案，并做了相关实验进行验证。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 主要创新点

2 环形行波天线的OAM波束辐射特性研究

2．1 环形行波天线的模型与原理

2．1．1 环形行波天线分析模型

2．1．2 环形行波天线产生OAM波束原理

2．2 理想环形行波天线的OAM波束辐射特性

2．2．1 计算结果

2．2．2 CST电磁仿真

2．3 损耗环形行波天线的OAM辐射特性

2．3．1 计算结果

2．3．2 CST电磁仿真

2．4 多点馈电方案设计

2．5 本章小结

3 环形行波缝隙天线的OAM波束辐射特性研究

3．1 环形谐振腔天线

3．1．1 环形谐振腔天线产生OAM波束原理

3．1．2 环形谐振腔天线整体结构设计

3．2 不同馈电方式环形行波缝隙天线辐射特性比较

3．2．1 电流分布

3．2．2 电场分布

3．2．3 角动量模数

3．2．4 局部拓扑荷

3．2．5 OAM谱图

3．3 环形谐振腔天线的OAM波束辐射特性比较

3．3．1 不同馈电方式下腔内电场分布

3．3．2 天线近场分布

3．3．3 天线S参数

3．3．4 天线远场分布

3．4 多点馈电的潜在应用——产生高阶OAM态

3．5 多点馈电方案优化

3．6 本章小结

4 实验测量环形行波缝隙天线的OAM波束辐射特性

4．1 环形谐振腔天线实验测量

4．1．1 天线测量方法

4．1．2 天线近场测量

4．2 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历