基于基片集成波导结构的涡旋电磁波天线设计

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1、Ｉ硕士学位论文＿參圓基于基片集成波导结构的涡旋电磁波天线设计作者姓名柯伯威学校导师姓名、职称李磊教授企业导师姓名、职称朱金彪高工申请学位类别工程硕士――学校代码10701学号1502121280分类号TN82密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于基片集成波导结构的涡旋电磁波天线设计作者姓名：柯伯威领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：李磊副教授企业导师姓名、职称：朱金彪高工学院：电子工程学院提交日期：2018年5月GenerationofVortexElectromagneticWaves

2、BasedonSIWAntennasAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByKeBoweiSupervisor:LiLeiTitle:AssociateProfessorSupervisor:ZhuJinBiaoTitle:SeniorEngineerMay2018摘要摘要当今社会是信息社会，日渐丰富的信息量和越来越快的传

3、输速度对无线通信系统提出了更高的要求，导致无线通信设备急剧增加，并可能造成信道阻塞和频带拥挤的现象。轨道角动量（OAM）复用技术是解决这一问题的最具吸引力方案之一。因为不同的OAM模式之间互相正交，轨道角动量复用技术可以利用这点特性调制和解调信号，因此电磁载波相当于多了一个新的自由度，无线通信系统的信道容量和频谱利用率可以得到提升。目前毫米波频段已经成为无线通信的主流频段，基片集成波导（SIW）是毫米波通信系统极具前景的设计平台，基于基片集成波导的缝隙天线因其设计方便、体积紧凑等优点被广泛应用于毫米波天线设计。能够产生并复用OAM波束的天线被称为

4、涡旋电磁波天线。基于SIW结构的涡旋电磁波天线设计是本论文的核心工作内容，将轨道角动量复用技术和基片集成波导缝隙天线结合起来，是本文最大的创新点。本文首先介绍了基片集成波导技术的理论知识，分别就其基本结构、传输特性、以及和其他平面传输线的过渡结构进行了详细分析；其次，从涡旋电磁波与常规电磁波等相位面的不同之处出发，介绍了什么是轨道角动量波束以及如何产生OAM波束。在上述理论基础下，本论文主要有以下三个研究成果：1、设计了一款基于圆形SIW谐振腔的环形缝隙天线。该天线的主体结构是圆形SIW谐振腔，其谐振主模为TM010模式，通过加载金属微扰柱，以及

5、在SIW表面刻蚀不同半径的缝隙，可以改变圆形SIW谐振腔的谐振模式：当半径为14mm时，为TM110模式；当半径为11.5mm时，为TM210模式。然后通过三个探针分别馈入120°相位差的激励，这种特殊的馈电方式使得两种谐振模式绕中心旋转。该天线通过环形缝隙辐射能量形成涡旋电磁波，工作于TM110模时可以形成模式数l=1的OAM波束，工作于TM210模时可以形成模式数l=2的OAM波束。2、设计了一款基于SIW的可调移相器。利用阵列天线产生不同模式的OAM波束，最核心的工作就是产生不同相位差的馈电网络，因此可调移相器的重要性不言而喻。该移相器在S

6、IW的基础结构上嵌入金属感性柱，并且在SIW上表面刻蚀一系列的缝隙。每一组缝隙上都加载了PIN二极管，通过改变偏置电压的正负，可以使PIN二极管处于导通或者截止状态，从而调节缝隙的“开”或“关”状态。每一组缝隙都相当于相位调节的步数，感性柱可以加大相位调节的步长，通过其步数的开与关，实现0~180°内相位的调节。I西安电子科技大学硕士学位论文3、设计了一款基于三角形SIW谐振腔的八边形相控阵列天线，该阵列天线拥有8个三角形SIW谐振腔缝隙天线作为辐射单元，阵元的辐射缝隙与半径一定的圆周相切，通过对每一个辐射单元馈送幅度相同、相位依次相差∆φ的激励

7、，该阵列天线便能辐射携带OAM的波束。分别使相邻两个单元间的馈电相位差∆φ=0°,45°,90°,135°，该天线能产生模式数l=0，1，2，3的OAM波束。关键词：基片集成波导，轨道角动量，缝隙天线，可调移相器，相控阵列天线IIABSTRACTABSTRACTNowadays,thesocietyistheinformationsociety.Theincreasingamountofinformationandtheincreasingspeedoftransmissionhaveputforwardhigherdemandsonthewir

8、elesscommunicationsystem,whichleadstotherapidincreaseofwirelesscommu