采用介质谐振器阵列天线产生OAM波束的新方式

采用介质谐振器阵列天线产生OAM波束的新方式

摘要：轨道角动量(OAM）技术为无线通信系统提供了新的调制维度，成为解决频谱资源短缺问题的有效方法。提出了一种新颖的OAM阵列天线，利用介质谐振器阵列天线产生OAM波束。仿真结果表明，此OAM阵列天线半径的大小直接影响OAM 波束的效果，同时合适的馈电位置以及馈电方式在一定程度上可以改善中央空域问题和提高OAM波束远距离传输质量。此OAM阵列天线体积小、介质材料选取广泛，能够解决环形OAM微带阵列天线高频段辐射阵元损耗高、低频段几何尺寸大的难题，对OAM阵列天线在未来无线通信领域的实际应用提供了新的参考价值。

0 引言

近年来，频谱资源利用率低已成为无线通信技术发展迫切需要解决的瓶颈问题，多种分集技术(如空间分集、极化分集、频率分集等)已经成功被用来传输数据，以提高频谱效率。但传统的调制技术仅使用频率、时间、码型和空间等资源作为自由度，它们的调制能力是有限的。OAM涡旋电磁波的复用技术可以在同一频点下实现多路信号的同时传输[1]，它作为一个有发展前景的方法，对解决频谱利用率低、频谱资源短缺等问题提供了一定的研究思路，带来了不可估量的研究价值。

轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）表征出具有相位因子为exp(jlφ)的螺旋相位波前结构的自然属性[2]。OAM作为一种不同于相位、幅度、极化的调制维度被引入到无线通信中，可以有效地提高通信系统的容量和效率。螺旋透镜[3]、超表面[4]、螺旋相位板[5]等光领域OAM波束的产生方法很难全部应用于微波段的无线通信系统中，探索合适的微波段OAM波束产生方式显得尤为重要。2013年，TAMBURINI F等人基于螺旋抛物面天线进行了OAM无线通信实验[6]，证明了利用OAM涡旋电磁波进行无线通信以及增加无线传输容量的可行性；2014年，BAI Q等人利用8个相同的矩形微带贴片组成圆形相控阵天线产生OAM波束[7]；2015年，BAI X等人用三极化圆喇叭阵列天线生成了OAM波束[8]；2016年，KANG M S等人采用配置了8路均匀功率分配器的圆形阵列天线产生模式数l=1的OAM波束[9]。此后，更多关于OAM天线和OAM波束生成的方法被