一种漏波天线、漏波天线组阵以及天线系统

本发明涉及轨道角动量(oam)无线通信，特别涉及一种漏波天线、漏波天线组阵以及天线系统。

背景技术：

1、随着全球进入移动互联网5g时代，移动通讯业务的频谱资源越来越稀缺。现有基于sub-6ghz的优质频谱资源十分有限，仅通过在sub-6ghz下划分新频谱难以满足下一代移动通信的新需求。在这种情况下，发展新技术以及提高载波频率的带宽显得尤为重要。目前，大量研究人员对现有电磁波的相位、频谱、振幅等自由度来扩大信息速率的方面进行了大量的研究。相干调制可以提高单个载波的频谱使用效率，相干调制技术以及现有5gmimo(multiple input multiple output)技术可以成倍的增加信道容量。在sub-6ghz频谱下，基于相位、频谱、振幅这些自由度的相干调制技术已经得到了较为充分的开发和利用。虽然这些维度的渐进式增加信道容量可以继续前进，但是，要实现无线通信几何倍数的增加，需要寻找新的物理自由度来实现电磁波通信技术，现有5gsub-6ghz频谱资源下的难以满足，因此毫米波频段的应用为下一代6g通信提供了新的频谱资源，并且轨道角动量(oam)作为新的可调制的自由度资源在这个契机下诞生。

2、迄今为止，大多数oam无线通信都是在6ghz频率以下，且采用的设计方法是利用相位板或者天线整列来产生oam电磁波，但是该方法产生的oam波束单一，且激励源与相位板分离，难以集成与复用。

技术实现思路

1、本发明为解决上述技术问题，提供一种漏波天线，包括：

2、辐射结构、过渡结构和激励结构；

3、所述辐射结构设置于第一金属板，所述过渡结构设置于第二金属板，所述激励结构设置于第三金属板，所述第一金属板、第二金属板和第三金属板依次叠放；

4、所述辐射结构包括具有开口的环形腔体和环形缝隙，所述环形缝隙设置于所述环形腔体表面；

5、所述过渡结构包括设置于所述第二金属板的过孔；

6、所述激励结构包括两根渐变波导槽，每根渐变波导槽的一端作为所述漏波天线的激励端口；

7、所述过渡结构的过孔的一端与所述环形腔体的开口相对设置，所述过渡结构的过孔的另一端与所述激励结构的每根渐变波导槽的另一端相连。

8、可选的，所述环形腔体为矩形环形腔体。

9、可选的，所述环形腔体具有内半径和外半径，所述环形腔体的内半径和外半径可调。

10、可选的，所述环形腔体的内半径为4.92mm、外半径为7.72mm、深度为0.68mm，所述环形缝隙宽度为0.63mm，所述环形腔体的开口的宽度为0.78mm。

11、可选的，所述过孔在第二金属板上的图案为矩形，所述过孔在第二金属板上的长度为2.7mm、宽度为0.6mm。

12、可选的，所述激励结构的每根渐变波导槽包括渐变波导结构、直波导结构和激励端口；所述渐变波导结构为线性变化结构，所述渐变波导结构的一端连接直波导结构，另一端连接所述漏波天线的激励端口。

13、可选的，所述直波导结构的槽宽为2.8mm，所述直波导结构在第三金属板上的长度为13.5mm、宽度为11.3mm，所述直波导结构的长与宽的连接区域为弧形，所述弧形的半径为2.16mm；所述激励端口的高度为3.76mm，所述激励端口的宽度为1.88mm。

14、可选的，所述漏波天线工作在te10模式，电磁波在所述环形腔体内沿圆周方向的传播常数相当于电磁波在渐变波导槽的纵向传播常数。

15、本发明实施例还提供一种漏波天线组阵，包括：

16、辐射层、过渡层和激励层；

17、所述辐射层设置于第一金属板，所述辐射层具有多个辐射结构，所述过渡层设置于第二金属板，所述过渡层具有多个过渡结构，所述激励层设置于第三金属板，所述激励层具有多个激励结构，所述第一金属板、第一金属板和第一金属板依次叠放；

18、所述多个辐射结构包括多个环形腔体和设置于所述多个环形腔体的多个环形缝隙和多个开口，所述多个环形腔体为不同半径的同心圆结构；

19、所述多个过渡结构包括开设在所述第二金属板的多个过孔；

20、所述多个激励结构包括多组两根渐变波导槽，每根渐变波导槽的一端具有端口，所述端口作为所述漏波天线组阵的激励端口；

21、所述过渡层的多个过孔上下分别与所述辐射层的开口、所述激励层的每根渐变波导槽的另一端相连，每一个辐射结构和对应的一个过渡结构、对应的一个激励结构构成一个漏波天线，所述漏波天线组阵由多个漏波天线构成。

22、本发明实施例还提供一种天线系统，包括如如上所述的一种漏波天线或一种漏波天线组阵。

23、综上所述，本发明的优点及有益效果为：

24、本发明提供一种漏波天线、漏波天线组阵以及天线系统，包括：辐射结构、过渡结构和激励结构，所述辐射结构、过渡结构和激励结构分别设置于不同的金属板上，所述辐射结构包括具有开口的环形腔体和环形缝隙，所述环形缝隙设置于所述环形腔体表面；所述过渡结构包括开设在所述金属板上的过孔；所述激励结构包括两根渐变波导槽，每根渐变波导槽的一端作为所述漏波天线的激励端口；所述过渡结构的过孔上下分别与所述环形腔体的开口、所述激励结构的每根渐变波导槽的另一端相连。当对所述漏波天线的激励端口进行激励时，电磁波沿着渐变波导槽并通过所述渐变波导槽的另一端口、过孔传输到所述辐射结构的环形腔体中，所述环形腔体通过环形缝隙向空间中辐射oam波束，实现电磁波从波导模式向oam模式的转换，加速毫米波oam的无线通信的发展。

25、本发明实现了在毫米波频段下辐射毫米波oam波束。其中，毫米波频段的载波频率高带宽大，有利于信道容量的扩大。通过对所述环形腔体、过渡结构和渐变波导槽的尺寸设计，实现更多数量的所述漏波天线的集成，同时合理设计所述环形腔体、过渡结构和渐变波导槽的尺寸设计使得所述漏波天线组阵能够辐射出更多不同模式阶数的毫米波oam波束，从而扩大信道容量。避免了传统天线设计中受到相位板或者天线组阵中天线数量的限制，导致产生的oam波束单一，难以扩大信道容量。

26、所述激励结构采用线性变化的渐变波导可以直接与激励端口连接而无需其他结构，可以直接集成于天线系统，相比其他(例如微带线)连接方式插入损耗更小，更有利于阻抗匹配，实现高效辐射。

27、本发明针对具有新的调制自由度oam，提出的一种漏波天线组阵系统，对于构建下一阶段6g无线通信系统，加快oam复用的实用化具有非常重大的意义。

技术特征：

1.一种漏波天线，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种漏波天线，其特征在于，所述环形腔体为矩形环形腔体。

3.如权利要求1所述的一种漏波天线，其特征在于，所述环形腔体具有内半径和外半径，所述环形腔体的内半径和外半径可调。

4.如权利要求3所述的一种漏波天线，其特征在于，所述环形腔体的内半径为4.92mm、外半径为7.72mm、深度为0.68mm，所述环形缝隙宽度为0.63mm，所述环形腔体的开口的宽度为0.78mm。

5.如权利要求1所述的一种漏波天线，其特征在于，所述过孔在第二金属板上的图案为矩形，所述过孔在第二金属板上的长度为2.7mm、宽度为0.6mm。

6.如权利要求1所述的一种漏波天线，其特征在于，所述激励结构的每根渐变波导槽包括渐变波导结构、直波导结构和激励端口；所述渐变波导结构为线性变化结构，所述渐变波导结构的一端连接直波导结构，另一端连接所述漏波天线的激励端口。

7.如权利要求6所述的一种漏波天线，其特征在于，所述直波导结构的槽宽为2.8mm，所述直波导结构在第三金属板上的长度为13.5mm、宽度为11.3mm，所述直波导结构的长与宽的连接区域为弧形，所述弧形的半径为2.16mm；所述激励端口的高度为3.76mm，所述激励端口的宽度为1.88mm。

8.如权利要求1所述的一种漏波天线，其特征在于，所述漏波天线工作在te10模式，电磁波在所述环形腔体内沿圆周方向的传播常数相当于电磁波在渐变波导槽的纵向传播常数。

9.一种漏波天线组阵，其特征在于，包括：

10.一种天线系统，其特征在于，包括如权利要求1～9所述的一种漏波天线或一种漏波天线组阵。

技术总结
本发明涉及轨道角动量无线通信技术领域，特别涉及一种漏波天线、漏波天线组阵以及天线系统。包括：辐射结构、过渡结构和激励结构，辐射结构、过渡结构和激励结构分别设置于不同的金属板上，辐射结构包括环形腔体和开口；过渡结构包括开设在金属板上的过孔；激励结构包括两根渐变波导槽，每根渐变波导槽的一端作为漏波天线的激励端口；过渡结构的过孔上下分别与辐射结构的开口、激励结构的每根渐变波导槽的另一端相连。当对漏波天线进行激励时，电磁波沿着渐变波导槽从另一端口、过孔和辐射结构的开口传输到辐射结构的环形腔体中，环形腔体向空间中辐射OAM波束，实现电磁波从波导模式向OAM模式的转换，加速毫米波OAM的无线通信的发展。

技术研发人员：景利乔,廖大双,张友飞,陈红胜
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13