Генерация плоской спиральной орбитального углового момента СВЧ с кольцевой диэлектрической резонансной антенной

Аннотация. Предложена кольцевая диэлектрическая резонаторная антенна для генерации плоского спирального луча орбитального углового момента (PSOAM) на частоте 10 ГГц. Он состоит из изотропного и однородного кольцевого диэлектрика и внешнего цилиндрического металла с круглой прорезью на боковой поверхности. Результаты моделирования и эксперимента показывают, что эта кольцевая диэлектрическая резонаторная антенна обладает характеристикой спиральной фазы волны ОАМ, а распространяется в поперечном направлении с основным лепестком около 90°. Волна PSOAM может избежать осевых сингулярностей фазы и нулевых амплитуд, с которыми сталкиваются традиционные пучки OAM. По сравнению с описанными микроволновыми антеннами PSOAM, эта резонаторная антенна имеет больший потенциал для мобильных устройств и беспроводной связи OAM ближнего действия из-за ее небольшого размера.

Ключевые слова: плоская спираль, орбитальный угловой момент, СВЧ, кольцевой диэлектрический резонатор.

Орбитальный момент импульса (OAM), одно свойство электромагнитных волн, может использоваться для обеспечения нового метода мультиплексирования для увеличения пропускной способности системы радиосвязи. Вследствие своей ортогональности среди различных мод электромагнитная волна, несущая ОАМ, привлекла большое внимание в последние годы. Первый эксперимент в 2012 году продемонстрировал, что возможность использования двух каналов с разными режимами OAM приводит к большой апертуре, из-за которой антенну трудно использовать в массивной антенной решетке, что является тенденцией для следующей системы связи. Чтобы уменьшить апертуру антенны, в этой статье исследуется антенна кольцевого диэлектрического резонатора. Результаты моделирования и эксперимента подтверждают, что пучки PSOAM могут генерироваться этой предложенной структурой. Малая апертура антенны показывает, что она очень подходит для практических применений, таких как миниатюризация устройств, мобильные устройства и беспроводная связь OAM с малым радиусом действия.[1]

Модель кольцевого диэлектрического резонатора исследована CST Microwave Studio. Антенна предназначена для генерации электромагнитной волны с номером режима OAM l = -5 с использованием схемы двух питающих портов. Угол между двумя портами составляет 90 °.[2]

В этой статье новый тип антенны кольцевого диэлектрического резонатора предназначен для генерации плоской спиральной СВЧ орбитального углового момента для 10 ГГц. Апертура намного меньше, чем у традиционной антенны OAM и PSOAM, благодаря диэлектрику с высоким заполнением. Основываясь на результатах моделирования и измерений, излучаемая электромагнитная волна имеет типичные характеристики PSOAM, такие как распространение вдоль поперечного направления и спиральный фазовый фронт. Из-за миниатюризации предлагаемой антенны она может применяться ко многим системам связи, таким как мобильный терминал и портативное устройство для беспроводной связи на основе OAM и электромагнитного зондирования.

Рисунок 1. Кольцевая резонаторная антенна (вид в разрезе)