圆极化涡旋电磁波产生及调控机理研究

论文摘要

高度信息化的时代为人类获得最新的、最全面的多媒体信息提供了有效的途径,但是也对信号的传输速率以及信道的传输容量提出了越来越高的要求。最近,轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)由于其正交特性,被科研人员用来改善无线通信系统的信道容量,并且,其在射频领域的研究正处于起步阶段。基于此,本文设计了两种新型的天线结构来产生携带不同模式数的圆极化涡旋电磁波,主要的研究内容分为以下几点:(1)提出一种具有高增益特性的锥形共形贴片天线产生圆极化OAM电磁波。该天线工作频率为2.4GHz,从辐射场的公式出发,分析了该结构产生涡旋电磁波的原理,并通过仿真验证了该结构的可行性。为了降低涡旋波在传输过程中的发散程度,通过在天线的外部放置一个喇叭结构来提高天线的增益以及方向性,并且详细研究了喇叭结构对天线性能的影响。最后,通过实验,进一步来证实所设计结构的性能及可行性。(2)提出一种涡旋电磁波模式主动可调的螺旋天线结构。首先通过理论计算,分析了该结构可以产生涡旋电磁波的原理,通过对天线的螺距和半径进行合理的设计,所设计的天线可以辐射出携带连续模式的涡旋电磁波,使用仿真软件HFSS进行仿真验证。同时,为了解决单臂螺旋所辐射的涡旋电磁波的纯度较低的问题,采用具有对称结构的双臂螺旋天线来提高辐射场的均匀性,从而提高涡旋电磁波的纯度,经计算,各种模式的涡旋电磁波的纯度均在80%以上。而且,通过加载环形贴片、柱形腔以及加载介质的方法,来降低螺旋的高度、增加天线的增益。最后,通过实验,进一步证实所提结构的可行性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本论文的主要研究内容与创新点
•   1.4 本论文的主要结构
• 第二章 轨道角动量理论基础
•   2.1 轨道角动量基础
•   2.2 轨道角动量的性质
•   2.3 圆极化微带贴片天线产生涡旋电磁波
•     2.3.1 环形微带天线工作原理
•     2.3.2 微带天线的圆极化技术
•     2.3.3 环形天线产生涡旋电磁波原理
•   2.4 螺旋结构天线产生涡旋电磁波
•     2.4.1 螺旋天线工作原理
•     2.4.2 螺旋结构天线产生涡旋电磁波原理
•   2.5 本章小结
• 第三章 基于圆环形圆极化微带天线的涡旋电磁波发生器
•   3.1 基于圆极化天线结构生成涡旋电磁波
•     3.1.1 双馈圆极化天线结构的涡旋电磁波的产生
•     3.1.2 单馈圆极化天线产生涡旋电磁波
•     3.1.3 圆极化性能的改善
•   3.2 锥形共形圆极化天线结构的仿真
•     3.2.1 锥形共形圆极化天线结构设计
•     3.2.2 锥形共形圆极化天线结构仿真
•     3.2.3 涡旋电磁波的传输特性
•   3.3 具有高增益的锥形共形涡旋波天线
•   3.4 锥形共形天线的加工与测量
•     3.4.1 天线驻波比的测量
•     3.4.2 天线场分布的实测结果
•   3.5 本章小结
• 第四章 基于立体螺旋天线的涡旋电磁波发生器
•   4.1 基于立体螺旋结构的涡旋电磁波的产生
•     4.1.1 单臂螺旋天线生成涡旋电磁波
•     4.1.2 涡旋电磁波的纯度检测
•   4.2 改进的双臂螺旋天线生成涡旋电磁波
•     4.2.1 改进的双臂螺旋天线结构的设计
•     4.2.2 改进的双臂螺旋天线结构的仿真
•   4.3 改进的双臂螺旋天线的加工与测量
•     4.3.1 天线驻波比的测量
•     4.3.2 天线场分布的测试结果
•   4.4 复合涡旋电磁波波的生成
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 未来展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 牟江南

导师: 沈飞

关键词: 轨道角动量,圆极化天线,螺旋天线,频谱图,纯度

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 合肥工业大学

分类号: TN820;O441.4

总页数: 76

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