基于基片集成波導結(jié)構(gòu)的渦旋電磁波天線設(shè)計

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1、Ｉ碩士學位論文＿參圓基于基片集成波導結(jié)構(gòu)的渦旋電磁波天線設(shè)計作者姓名柯伯威學校導師姓名、職稱李磊教授企業(yè)導師姓名、職稱朱金彪高工申請學位類別工程碩士――學校代碼10701學號1502121280分類號TN82密級公開西安電子科技大學碩士學位論文基于基片集成波導結(jié)構(gòu)的渦旋電磁波天線設(shè)計作者姓名：柯伯威領(lǐng)域：電子與通信工程學位類別：工程碩士學校導師姓名、職稱：李磊副教授企業(yè)導師姓名、職稱：朱金彪高工學院：電子工程學院提交日期：2018年5月GenerationofVortexElectromagneticWaves

2、BasedonSIWAntennasAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByKeBoweiSupervisor:LiLeiTitle:AssociateProfessorSupervisor:ZhuJinBiaoTitle:SeniorEngineerMay2018摘要摘要當今社會是信息社會，日漸豐富的信息量和越來越快的傳

3、輸速度對無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求，導致無線通信設(shè)備急劇增加，并可能造成信道阻塞和頻帶擁擠的現(xiàn)象。軌道角動量（OAM）復用技術(shù)是解決這一問題的最具吸引力方案之一。因為不同的OAM模式之間互相正交，軌道角動量復用技術(shù)可以利用這點特性調(diào)制和解調(diào)信號，因此電磁載波相當于多了一個新的自由度，無線通信系統(tǒng)的信道容量和頻譜利用率可以得到提升。目前毫米波頻段已經(jīng)成為無線通信的主流頻段，基片集成波導（SIW）是毫米波通信系統(tǒng)極具前景的設(shè)計平臺，基于基片集成波導的縫隙天線因其設(shè)計方便、體積緊湊等優(yōu)點被廣泛應用于毫米波天線設(shè)計。能夠產(chǎn)生并復用OAM波束的天線被稱為

4、渦旋電磁波天線?；赟IW結(jié)構(gòu)的渦旋電磁波天線設(shè)計是本論文的核心工作內(nèi)容，將軌道角動量復用技術(shù)和基片集成波導縫隙天線結(jié)合起來，是本文最大的創(chuàng)新點。本文首先介紹了基片集成波導技術(shù)的理論知識，分別就其基本結(jié)構(gòu)、傳輸特性、以及和其他平面?zhèn)鬏斁€的過渡結(jié)構(gòu)進行了詳細分析；其次，從渦旋電磁波與常規(guī)電磁波等相位面的不同之處出發(fā)，介紹了什么是軌道角動量波束以及如何產(chǎn)生OAM波束。在上述理論基礎(chǔ)下，本論文主要有以下三個研究成果：1、設(shè)計了一款基于圓形SIW諧振腔的環(huán)形縫隙天線。該天線的主體結(jié)構(gòu)是圓形SIW諧振腔，其諧振主模為TM010模式，通過加載金屬微擾柱，以及

5、在SIW表面刻蝕不同半徑的縫隙，可以改變圓形SIW諧振腔的諧振模式：當半徑為14mm時，為TM110模式；當半徑為11.5mm時，為TM210模式。然后通過三個探針分別饋入120°相位差的激勵，這種特殊的饋電方式使得兩種諧振模式繞中心旋轉(zhuǎn)。該天線通過環(huán)形縫隙輻射能量形成渦旋電磁波，工作于TM110模時可以形成模式數(shù)l=1的OAM波束，工作于TM210模時可以形成模式數(shù)l=2的OAM波束。2、設(shè)計了一款基于SIW的可調(diào)移相器。利用陣列天線產(chǎn)生不同模式的OAM波束，最核心的工作就是產(chǎn)生不同相位差的饋電網(wǎng)絡，因此可調(diào)移相器的重要性不言而喻。該移相器在S

6、IW的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上嵌入金屬感性柱，并且在SIW上表面刻蝕一系列的縫隙。每一組縫隙上都加載了PIN二極管，通過改變偏置電壓的正負，可以使PIN二極管處于導通或者截止狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)縫隙的“開”或“關(guān)”狀態(tài)。每一組縫隙都相當于相位調(diào)節(jié)的步數(shù)，感性柱可以加大相位調(diào)節(jié)的步長，通過其步數(shù)的開與關(guān)，實現(xiàn)0~180°內(nèi)相位的調(diào)節(jié)。I西安電子科技大學碩士學位論文3、設(shè)計了一款基于三角形SIW諧振腔的八邊形相控陣列天線，該陣列天線擁有8個三角形SIW諧振腔縫隙天線作為輻射單元，陣元的輻射縫隙與半徑一定的圓周相切，通過對每一個輻射單元饋送幅度相同、相位依次相差?φ的激勵

7、，該陣列天線便能輻射攜帶OAM的波束。分別使相鄰兩個單元間的饋電相位差?φ=0°,45°,90°,135°，該天線能產(chǎn)生模式數(shù)l=0，1，2，3的OAM波束。關(guān)鍵詞：基片集成波導，軌道角動量，縫隙天線，可調(diào)移相器，相控陣列天線IIABSTRACTABSTRACTNowadays,thesocietyistheinformationsociety.Theincreasingamountofinformationandtheincreasingspeedoftransmissionhaveputforwardhigherdemandsonthewir

8、elesscommunicationsystem,whichleadstotherapidincreaseofwirelesscommu