【摘 要】
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随着5G时代的到来,人们之间的信息交互越来越密集,移动互联网用户数量成倍增长,这使得人们对信息传输速率和通信系统有了更高的要求。为了满足当前高速通信的需求,必然会占用更多的频谱资源,导致无线通信领域的频谱资源变得愈发匮乏。携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的电磁波作为一种新型的自由度,在提升频谱利用率和信道容量上具有很好的潜力,这引起了人们的密切关注。本文将
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随着5G时代的到来,人们之间的信息交互越来越密集,移动互联网用户数量成倍增长,这使得人们对信息传输速率和通信系统有了更高的要求。为了满足当前高速通信的需求,必然会占用更多的频谱资源,导致无线通信领域的频谱资源变得愈发匮乏。携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的电磁波作为一种新型的自由度,在提升频谱利用率和信道容量上具有很好的潜力,这引起了人们的密切关注。本文将主要围绕圆极化天线阵列的涡旋波天线设计展开一系列的研究,主要工作如下:(1)对涡旋电磁波的相关发展现状进行简要的概述,对涡旋电磁波相关理论知识进行介绍。针对圆极化天线阵列来产生涡旋电磁波进行了理论上的推导,为后续设计实验的可行性打下一定的基础。(2)设计了一款工作频段在S波段(2～4GHz)的宽波束圆极化微带天线,该天线采用同轴馈电的方式,通过CST仿真软件对其结构进行模拟,最终确定天线整体尺寸为0.416λ0×.416λ0×0.026λ0,3-dB轴比带宽为3.78～3.83GHz,工作带宽为3.74～3.95GHz,轴比谐振频率f=3.8GHz处,在xoz面和yoz面上分别得到185°和209°的轴比波束宽度。该天线在工作频段内具备良好的圆极化特性,结构简单紧凑,易于加工实现。(3)利用所设计的圆极化天线作为阵列单元,通过控制旋转阵元的方向和角度来产生不同模态的涡旋电磁波。主要研究了不同的圆极化方式和阵元数量对涡旋电磁波的影响。通过搭建涡旋波实验验证平台,对所设计的天线阵列进行加工测试。结果表明,该阵列能够在工作频段内产生携带OAM的电磁波,这意味着所提出的设计在无线通信领域具有不错的实际应用潜力。
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