一种用于大容量数据传输的宽带涡旋天线制造技术

本发明专利技术涉及一种用于大容量数据传输的宽带涡旋天线，包括：宽带涡旋天线阵列和馈电网络；所述宽带涡旋天线阵列，包括N组同心圆天线阵列和位于圆心的单个天线单元；每组圆天线阵列包括在圆上均匀分布的8个天线单元；所述馈电网络，包括N个分别与N组同心圆天线阵列分别电连接的Butler矩阵，以及与位于圆心的天线单元电连接的馈电线；在所述馈电网络馈电后，使每组的同心圆天线阵列支持0、

【技术实现步骤摘要】
一种用于大容量数据传输的宽带涡旋天线


[0001]本专利技术属于天线
，具体涉及一种用于大容量数据传输的宽带涡旋天线。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的快速发展，空间中的频谱资源逐渐变得拥塞，而高速通信的需求必然导致在一定程度占用更多的频谱资源，如何更合理的利用频谱资源，提高频谱利用率成为当今无线通信领域的一个研究热点。携带有轨道角动量(Orbital angular momentum，OAM)的涡旋电磁波，理论上OAM模式数量不限，任意不同模态的OAM的波束独立正交，可以作为频率、幅度、极化等属性之外的全新自由度，可有效利用频谱资源并提升波束干扰能力，而涡旋天线，是一种能够发射和接收涡旋电磁波的新型天线，具有很高的研究价值和应用前景。
[0003]以往的涡旋天线多采用阵列天线或者旋相板两种结构来实现，其中阵列天线使用了复杂的功分馈电系统，实现的模态数与功分器的种类有关，极大多数功分馈电系统仅能支持涡旋天线实现单一模态或者两个模态，且结构复杂、设计复杂，一体化难度大，而且无法实现宽带性能。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术旨在公开了一种用于大容量数据传输的宽带涡旋天线，解决天线的大容量数据传输问题。
[0005]本专利技术公开了一种用于大容量数据传输的宽带涡旋天线，包括：宽带涡旋天线阵列和馈电网络；
[0006]所述宽带涡旋天线阵列，包括N组同心圆天线阵列和位于圆心的单个天线单元；每组圆天线阵列包括在圆上均匀分布的8个天线单元；
[0007]所述馈电网络，包括N个分别与N组同心圆天线阵列分别电连接的Butler矩阵，以及与位于圆心的天线单元电连接的馈电线；
[0008]在所述馈电网络在馈电后，使每组的同心圆天线阵列支持0、
±
1、
±
2五种模态的涡旋电磁波，使位于圆心的单天线单元支持0模态的涡旋电磁波。
[0009]进一步地，所述宽带涡旋天线阵列中的每个天线单元均为缝隙贴片天线；所述缝隙贴片天线上包括三个相互垂直的组成“L”形的直线开缝边，和一个圆形的开孔；其中，三个直线开缝边的开缝宽度相同；圆形的开孔用于连接馈电线。
[0010]进一步地，所述N为4；所述宽带涡旋天线阵列包括的4组同心圆天线阵列中的每一个天线单元和位于圆心的天线单元的开缝的方向相同。
[0011]进一步地，所述Butler矩阵为8
×
8Butler矩阵；所述8
×
8Butler矩阵包括12个3dB定向耦合器、2个交叉结、7个
‑
90
°
定向移相器和2个
‑
45
°
定向移相器。
[0012]进一步地，所述8
×
8Butler矩阵采用双面PCB走线结构，包括顶层金属走线层、第一介质板层、中间层、粘合剂层、第二介质板层和底层金属走线层；
[0013]中间层为地板层；中间层与顶层金属走线层之间为第一介质板层；第一介质板层采用罗杰斯4003C；中间层与底层金属走线层之间依次为粘合剂层和第二介质板层；
[0014]粘合剂层采用介电常数为3.55PP片粘合剂层；第二介质板层采用罗杰斯4003C；粘合剂层和第二介质板层的厚度之和与第一介质板层的厚度相等。
[0015]进一步地，所述3dB宽带耦合器的双面PCB走线结构中，3dB宽带耦合器的耦合部分包括共长轴的顶层椭圆金属片、地板层椭圆金属空洞和底层椭圆金属片；其中顶层椭圆金属片和底层椭圆金属片的短轴长度相同，与地板层椭圆金属空洞的短轴长度不同；
[0016]所述顶层椭圆金属片的长轴两端沿长轴方向引出等宽的两条金属直线段；两条所述金属直线段在引出设定的长度后，在顶层平面内分别向相反方向弯折90
°
后继续引出分别作为顶层耦合输入口和顶层耦合输出口；
[0017]所述底层椭圆金属片的长轴两端沿长轴方向引出与顶层椭圆金属片的金属直线段等宽的两条金属直线段后，在底层平面内分别向相反方向弯折90
°
后继续引出分别作为底层耦合输入口和底层耦合输出口；
[0018]弯折后，所述顶层、底层耦合输入口位于双面PCB走线结构的同侧，顶层、底层耦合输出口位于双面PCB走线结构的同侧。
[0019]进一步地，所述顶层耦合输出口的相位滞后顶层耦合输入口90
°
；所述底层耦合输出口的相位滞后底层耦合输入口90
°
。
[0020]进一步地，宽带移相器的双面PCB走线结构中，宽带移相器的耦合部分包括共长轴的顶层椭圆金属片、地板层椭圆金属空洞和底层椭圆金属片；其中顶层椭圆金属片和底层椭圆金属片的短轴长度相同，与地板层椭圆金属空洞的短轴长度不同；
[0021]在顶层椭圆金属片的长轴一端沿长轴方向引出一条固定长度的金属直线段；在底层椭圆金属片的长轴另一端沿长轴方向引出固定长度的一条金属直线段；两条金属直线段的端口分别作为宽带移相器的输入口和输出口。
[0022]进一步地，通过控制顶层椭圆金属片和底层椭圆金属片短轴的长度控制移相的角度。
[0023]进一步地，所述交叉结的双面PCB走线结构中，顶层金属走线层包括三段首尾相接的金属直线段所构成一条折线段，中间段与首、尾段的折角均为90
°
且首、尾段不在中间段的同侧；底层金属走线层包括与顶层金属走线层相同的三段首尾相接的金属直线段构成一条折线段；两条折线段的中间段位置重合；首段和尾段的位置镜像。
[0024]本专利技术至少可实现以下有益效果之一：
[0025]本专利技术公开的用于大容量数据传输的宽带涡旋天线可以实现大容量数据传输。在采用4组同心圆天线阵列时，经过Butler矩阵馈电后可以达到4*5+1＝21倍的增容。
[0026]在天线单元采用了金属贴片开缝的形式，在金属贴片上开缝，一方面延长了电流路径，减少电流反射，另一方面引入电感分量，与金属地面的电容构成LC谐振回路，从而引入二次谐振达到拓展工作带宽的目的。
[0027]采用双面PCB走线结构的Butler矩阵，不仅产生支持0、
±
1、
±
2五种模态的固定相位差，而且，Butler矩阵中叉结走线直接通过上下层走线避开相交部分，避免了耦合器级联型交叉结以及跳线的设计，减少电路损耗以及复杂度。
附图说明
[0028]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0029]图1为本专利技术实施例中的宽带涡旋天线组成连接示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例中的缝隙贴片天线结构图；
[0031]图3为本专利技术实施例中的宽带涡旋天线阵列结构图；
[0032]图4为本专利技术实施例中的8
×
8Butler矩阵组成连接原理图；
[0033]图5为本专利技术实施例中的Butler矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大容量数据传输的宽带涡旋天线，其特征在于，包括：宽带涡旋天线阵列和馈电网络；所述宽带涡旋天线阵列，包括N组同心圆天线阵列和位于圆心的单个天线单元；每组圆天线阵列包括在圆上均匀分布的8个天线单元；所述馈电网络，包括N个分别与N组同心圆天线阵列分别电连接的Butler矩阵，以及与位于圆心的天线单元电连接的馈电线；在所述馈电网络馈电后，使每组的同心圆天线阵列支持0、
±
1、
±
2五种模态的涡旋电磁波，使位于圆心的单天线单元支持0模态的涡旋电磁波。2.根据权利要求1所述的宽带涡旋天线，其特征在于，所述宽带涡旋天线阵列中的每个天线单元均为缝隙贴片天线；所述缝隙贴片天线上包括三个相互垂直的组成“L”形的直线开缝边，和一个圆形的开孔；其中，三个直线开缝边的开缝宽度相同；圆形的开孔用于连接馈电线。3.根据权利要求2所述的宽带涡旋天线，其特征在于，所述N为4；所述宽带涡旋天线阵列包括的4组同心圆天线阵列中的每一个天线单元和位于圆心的天线单元的开缝的方向相同。4.根据权利要求1所述的宽带涡旋天线，其特征在于，所述Butler矩阵为8
×
8Butler矩阵；所述8
×
8Butler矩阵包括12个3dB定向耦合器、2个交叉结、7个
‑
90
°
定向移相器和2个
‑
45
°
定向移相器。5.根据权利要求4所述的宽带涡旋天线，其特征在于，所述8
×
8Butler矩阵采用双面PCB走线结构，包括顶层金属走线层、第一介质板层、中间层、粘合剂层、第二介质板层和底层金属走线层；中间层为地板层；中间层与顶层金属走线层之间为第一介质板层；第一介质板层采用罗杰斯4003C；中间层与底层金属走线层之间依次为粘合剂层和第二介质板层；粘合剂层采用介电常数为3.55PP片粘合剂层；第二介质板层采用罗杰斯4003C；粘合剂层和第二介质板层的厚度之和与第一介质板层的厚度相等。6.根据权利要求4所述的宽带涡旋天线，其特征在于，所述3dB宽带耦合器的双面PCB走线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博琛，钟斌，王彩芳，李宏强，邱启勇，吴上明，吕文智，曾房威，
申请(专利权)人：东莞同济大学研究院，
类型：发明
国别省市：