Генерация орбитального радиоволнового радиоволны на основе диэлектрической резонансной антенны

Аннотация. Продемонстрирован метод генерации радиоволн орбитального углового момента (ОАМ) на основе антенны диэлектрического резонатора. Для детального исследования этой антенны OAM создана эквивалентная модель. Моделирование и измерение также выполняются для этой антенны. И смоделированные, и результаты измерений показывают типичное и эффективное излучение ОАМ-несущих радиоволн. Он может генерировать радиоволны с разными номерами режима OAM на разных частотах. Благодаря своей компактной структуре, низкой стоимости и небольшим размерам эта антенна станет экономически эффективным решением для генерации волн OAM.

Ключевые слова: круговая бегущая волна, антенна диэлектрического резонатора, орбитальный угловой момент (OAM), витая волна.

Поскольку Р.Д. Рихтмайер обнаружил, что диэлектрический резонатор может излучать электромагнитные волны в свободное пространство в 1939 году, антенна диэлектрического резонатора привлекает все больше внимания, и теперь она стала важным семейством антенн. Характеристики излучения различных мод в диэлектрическом резонаторе могут быть эквивалентны различным электрическим и магнитным диполям. Для цилиндрического диэлектрического резонатора мода TE01δ и мода TE011 + δ излучают подобно магнитному диполю и магнитному квадруполю соответственно. Учитывая тот факт, что радиопучки ОАМ могут генерироваться с использованием круговых бегущих волн, можно генерировать волны ОАМ с использованием WGM в диэлектрическом резонаторе.[1]

Схема ОАМ диэлектрической резонаторной антенны показана на рисунке 1. Цилиндрический диэлектрический резонатор диаметром D и высотой h размещен на верхней стороне подложки, а металлическая заземляющая плоскость - на другой стороне подложки. Относительная диэлектрическая проницаемость резонатора и подложки составляет ε r и εs соответственно.

Круговая бегущая волна может обеспечить высокую эффективность связи между полем в резонаторе и полем ОАМ в свободном пространстве. Таким образом, ключом для генерации пучка ОАМ является выбор подходящей подачи энергии, чтобы стимулировать бегущую волну в резонаторе. Вместо того, чтобы использовать две линии питания для подключения микроволн к резонатору, что более сложно, поскольку требует разности фаз в двух портах подачи.[2]

Рисунок 1. Схема диэлектрической резонаторной антенны

В этой статье рассмотрена антенна орбитального углового момента с использованием диэлектрического резонатора, который компактен, мал и имеет низкую стоимость. На основе моделирования и эксперимента мы детально проанализировали распределение поля и фазы с различными номерами мод OAM от l = 3 до l = 5, особенно для l = 3. Эта антенна OAM может найти потенциальное применение в будущих беспроводных системах OAM.