0 introduction
Ces dernières années, l'utilisation des ressources du spectre est faible est devenu le goulot d'étranglement de la technologie de communication sans fil est un besoin urgent de résoudre une variété de techniques de diversité (diversité par exemple spatiale, la diversité de polarisation, diversité de fréquence, etc.) ont été données transmises avec succès est utilisé pour améliorer l'efficacité spectrale . Cependant, la technique classique en utilisant uniquement la fréquence de modulation, le temps, les ressources et la liberté de la configuration de l'espace que leur capacité de modulation est limitée. vortex OAM d'ondes électromagnétiques peut réaliser le multiplexage des signaux multiples à la même fréquence de transmission simultanée , comme une approche prometteuse pour résoudre le utilisation du spectre est faible, le manque de ressources de spectre et d'autres questions pour fournir une certaine quantité de idées de recherche, la recherche a apporté une valeur inestimable.
moment cinétique orbital (orbitale angulaire Momentum, OAM) caractérisant la nature de la structure hélicoïdale du front de phase est exp (jl) ayant un facteur de phase . Comme une autre phase de l'OAM, la modulation d'amplitude de la dimension, de la polarisation est introduit dans la communication sans fil peut effectivement améliorer la capacité et l'efficacité du système de communication. Le procédé de génération de lentille spirale , surface super-, plaque de phase en spirale OAM comme faisceau de lumière est appliqué à l'ensemble du système de communication sans fil de l'art difficile dans la bande des micro-ondes, la bande des micro-ondes pour explorer un mode de réalisation OAM de génération de faisceau adapté est particulièrement importante. 2013, TAMBURINI F et al antenne parabolique bobine basé sur une communication radio OAM Expérience , démontré la faisabilité d'effectuer une communication sans fil utilisant des ondes électromagnétiques et les vortex OAM ajouter de la capacité de transmission sans fil; 2014, BAI Q et al en utilisant 8 le même patch microruban rectangulaire composé d'un faisceau d'antenne à balayage circulaire généré OAM ; 2015, BAI X et al OAM faisceaux générés par trois réseau d'antennes à cornet à polarisation circulaire ; 2016, KANG MS, etc. qui ont utilisé de manière uniforme disposé numéro de modèle du répartiteur de puissance à huit voies d'antennes de réseau circulaire générer des faisceaux 1 l = OAM . Par la suite, la méthode plus antennes et sur OAM OAM proposées beamforming . Cependant, de petite taille, une efficacité élevée de rayonnement sont les principaux facteurs à prendre en compte lors de l'utilisation d'une antenne réseau OAM. faisceau OAM est généré en utilisant l'antenne réseau à microbande, étant donné que les éléments rayonnants sont des pastilles microruban, dans lequel une grande géométrie antenne bande basse, facile à réaliser la réduction des effectifs, des pertes ohmiques métalliques et haute de haute fréquence et une faible efficacité de rayonnement; paraboloïde hélicoïdalement et la structure d'antenne ne peut produire qu'un seul faisceau OAM mode d'ordre inférieur, le système de communication actuel, leur utilité serait sévèrement restreinte. Par conséquent, pour explorer une faible perte, de petite taille, un traitement facile d'antenne réseau OAM est d'une grande importance pour le développement futur des communications micro-ondes.
l'antenne à résonateur diélectrique est constitué d'un matériau diélectrique à micro-ondes à faible perte, une constante diélectrique élevée appropriée peut diminuer la taille réelle de l'antenne, qui à son tour alimenter une variété de façons, le réseau comparateur antenne adapté pour OAM. Sur la base de la théorie de l'antenne en boucle de perte, une accumulation annulaire d'un modèle équivalent diélectrique avec pertes réseau d'antenne résonateur est proposé une nouvelle façon d'utiliser un réseau d'antenne à résonateur diélectrique faisceaux générés OAM. OAM cette antenne réseau a été simulé et optimisé les paramètres de performance pertinents analysés, les effets des rayons différents de la matrice de la Fig. Effet de rayonnement en champ lointain 3D, sur la base de l'exploration des endroits différents et différents aliments pour animaux alimenté réseau d'antennes à résonateur diélectrique méthodes sur le faisceau généré OAM.
1,1 matrice annulaire avec perte antenne modèle équivalent
Une antenne réseau annulaire sur le modèle ne peut pas décrire précisément la situation réelle, car la perte d'une antenne réseau annulaire ne peut être évitée, de sorte que l'intensité du courant sur l'anneau ne peut pas toujours maintenue constante. Ainsi, le principe de l'établissement d'une antenne réseau annulaire lossy modèle équivalent sera décrit qui génère un faisceau de OAM plus raisonnable. Antenne-réseau annulaire représenté sur la figure 1.
1.2 Conception de l'antenne réseau
Unité d'antenne à résonateur diélectrique avec une vue de côté de dessus représentée sur la figure 2. Une ouverture rectangulaire dans la fente de couplage du plan de masse, le centre de la fente coïncide avec l'élément rayonnant avec le centre. Lorsque le courant est passé à fente rectangulaire ligne microruban est coupé, l'énergie est couplée à l'antenne à résonateur diélectrique, le rayonnement est généré. DRA est placé perpendiculairement à la fente de la rainure rectangulaire, la ligne microruban par la position verticale du centre de la rainure rectangulaire, comme maximale d'impédance de rayonnement de la gorge, permettant de plus d'énergie est alimentée dans l'antenne à résonateur diélectrique.
. Sur la figure 2, indique une unité d'antenne à résonateur diélectrique, le polytétrafluoroéthylène matériau composite constituant la charge céramique ayant une constante diélectrique 1 = 38,9, une surface inférieure d'un rayon de R = 2,86 mm, une hauteur H1 = 2,51 mm; représente le contact sol; indique que le matériau est Rogers RT / Duroid 5880 (TM) du substrat diélectrique, le substrat épaisseur H2 = 1 mm, la permittivité relative 2 = 2,65, la tangente de perte est de 0,02; représente une ligne microruban d'alimentation, parce que la largeur de la ligne microruban d'environ 50 [Omega] 2,4 mm, largeur de la ligne microruban est trop large aura une incidence sur les performances de l'antenne, donc pour sélectionner une impédance caractéristique de 100 , une largeur W = 0,72 mm, puis adaptation d'impédance peut être obtenue en convertissant 50 adaptation d'impédance. rainure de ligne microruban rectangulaire extension de la longueur LS affectera directement la perte de retour de l'antenne et l'adaptation grâce à la simulation et l'optimisation continue, en fin de compte pour obtenir des résultats optimaux trouvés quand les LS = 2,5 mm; représente un orifice d'alimentation coaxial; représente dans le plan de masse ouvert fente rectangulaire dont la longueur et la largeur sont Lf = 5 mm, Wf = 1,4 mm. Les changements dans la longueur et la largeur d'une rainure rectangulaire caractéristiques, adaptation d'impédance et de gain de l'antenne auront un impact. Dans la conception de la taille de la fente, la longueur de la fente de l'impact devrait être une priorité. Étant donné que la longueur de la fente LF jouer une influence majeure sur l'antenne, il affecte non seulement l'adaptation d'impédance et la fréquence de résonance de l'antenne, affectent également la perte de retour de l'antenne. Largeur de la rainure Wf de la fréquence de résonance et la perte de retour a peu d'effet, affecte principalement l'adaptation d'impédance de l'antenne.
2 Simulation et analyse
. La figure 3 (a) représente une perte de retour S11 antenne réseau, le paramètre à 10,5 GHz fréquence centrale de -32,73 dB;. La figure 3 (b) indique le VSWR VSWR, antenne réseau au centre a atteint à la fréquence de fonctionnement de 10,5 GHz 1,1, et le rapport d'onde stationnaire de tension paramètres VSWR proches de la fréquence centrale de moins de 1,5, la bonne adaptation d'impédance de ce réseau d'antennes OAM et chaque élément rayonnant ayant une fréquence de résonance de bonne consistance, répondent aux exigences de performance de l'antenne design.
La figure 4 montre une matrice de différents rayons pour générer une valeur modale l = 1,2,3 motif de champ lointain (Xg est la longueur d'onde dans le milieu). On peut trouver, avec l'augmentation des valeurs modales de l, l'espace aérien central augmente progressivement; ensemble radial dans une certaine plage, un rayon légèrement plus grand, mieux matrice diélectrique antenne résonateur effet de rayonnement de faisceau d'OAM.
L = 1,2,3 valeurs modales des diagrammes de rayonnement de champ lointain dans des positions différentes Figure 5 représente le rayon d'alimentation du réseau généré. Comparatif correspondantes: lorsque arrangement d'alimentation, l'espace aérien central a été réduit conformément à la figure 5 (b) la position d'alimentation, en particulier dans la valeur modale le cas où l = 3, l'espace aérien est réduite plus apparente.. La figure 6 analyse les positions des deux diagramme de gain de permutations d'alimentation lors de l'alimentation, la sélection de valeur modale l = 1,2 comparaison trouvée sur la figure 5: la figure 5 (b) disposé dans la position d'alimentation, son rayonnement le gain total de chaque modalité pour être plus fort que le gain total, conformément à. la figure 5 (a) agencée dans la position d'alimentation. Ainsi, lors de la génération antenne réseau à faisceau d'OAM utilisant des résonateurs diélectriques, pour choisir un emplacement d'alimentation appropriée certainement aide à réduire les problèmes de l'espace aérien central.
. La figure 5 (a) la sélection et (b) les valeurs modales où l = 2 comparatif trouvé, un faisceau d'OAM à son centre de rotation est à peu près constante de l'espace aérien, si une sonde coaxiale sur la figure 7. lors de la génération d'une valeur modale l = OAM faisceau d'alimentation 2 mode de réalisation, l'espace aérien central deviendra plus apparent et se dilate progressivement lorsque propagation en rotation, ce qui conduit à OAM de tourbillon lors de la propagation des ondes électromagnétiques, la direction principale de rayonnement du rayonnement se produit front d'onde null et l'énergie apparaît avec l'augmentation de phénomène de diffusion de communication à distance, ce qui nécessite un ondes électromagnétiques de tourbillons OAM reçue ultérieure. Par conséquent, la sélection de la méthode d'alimentation appropriée, dans une certaine mesure, peut améliorer les performances de réception de l'antenne et des solutions OAM problème de transmission longue distance qualité du signal OAM.
3 Conclusion
Sur la base de la théorie de la boucle d'antenne avec perte et le modèle équivalent proposé réseau d'antennes à résonateur diélectrique OAM. En analysant les paramètres de simulation et d'optimisation des performances relatives de l'antenne, le rayon de la matrice trouve dans une certaine plage, plus le rayon, meilleur est l'effet du diagramme de rayonnement en champ lointain d'une telle antenne OAM; simultanément dans différentes positions d'alimentation de diagramme de rayonnement en champ lointain et de gain l'analyse du motif, trouvé vortex générant des ondes électromagnétiques telles antennes OAM OAM, une position d'alimentation appropriée aidera certainement à résoudre le problème de l'espace aérien central. Sur cette base, dans le cas de valeurs modales l = 2 exploré réseau d'antennes à résonateur diélectrique OAM en utilisant différentes méthodes d'alimentation sur l'impact des résultats obtenus poutres OAM ont montré que: lorsqu'une alimentation de la sonde coaxiale, un centre d'émission l'espace aérien centre étendra progressivement, la diffusion de l'énergie se produit, donc une façon raisonnable de nourrir une certaine mesure, peut améliorer la qualité du faisceau OAM de transmission longue distance a une certaine importance pour accélérer le développement de l'antenne OAM et l'appliquer à un système de communication sans fil réelle.
références
. Les progrès réalisés dans la Sunxue Hong, Qiang, Pangdan Xu, d'autres études dans le moment angulaire orbital d'une communication sans fil Journal of Electronics, 2015,43 (11): 2305-2314.
ALLEN L, M W Beijersbergen, Spreeuw R J, et al.Orbital moment angulaire de la lumière et la transformation des modes laser Laguerre-Gauss .Physical atomique Un examen moléculaire et physique optique, 1992,45 (11): 8185-8189.
Heckenberg N R, R MCDUFF, SMITH C P, et al.Generation des singularités de phase optique par hologrammes générés par ordinateur .Optics Letters, 1992,17 (3): 221-223.
W CHEN, Abeysinghe D C, NELSON R L, et confirmation al.Experimental de lentille spirale plasmonique miniature comme un analyseur de polarisation circulaire .Nano Letters, 2010,10 (6): 2075-2079.
Bozinovic N, YUE Y, Y REN, et al.Terabit échelle orbitale division de mode de moment cinétique multiplexage en fibres .Science, 2013,340 (6140): 1545-1554.
TAMBURINI F, Thide B, Boaga V, et démonstration al.Experimental de transfert d'informations en utilisant l'espace libre radio moment cinétique orbital modulé en phase .Physics, 2013,13 (2): 20-25.
Q BAI, TENNANT A, ALLEN B.Experimental circulaire réseau en phase pour générer des faisceaux radio OAM .Electronics Letters, 2014,50 (20): 1414-1415.
BAI X, R JIN, LIU L, et al.Generation des ondes radio OAM avec trois polarisations en utilisant réseau d'antennes à cornet circulaire .International Journal des Antennes et propagation 2015 (5): 1-11.
KANG M S, S KIM B, KIM K S, et al.Uniformly antenne de mode OAM circulaire revêtu avec diviseur de puissance radiale Conférence .International sur l'information et de la communication Convergence.IEEE 2016: 1026-1028.
Qiang, Sunxue Hong, Pangdan Xu, etc. Based Multimodal large bande en bande L antenne réseau à onde électromagnétique défilement OAM Journal of Electronics, 2016,44 (12): 2954-2959.
SUN X, Y DU VENTILATEUR Y, et al.The conception d'antenne réseau sur la base de l'onde électromagnétique vortex OAM multi-modal .Progress dans la recherche électromagnétique Symposium.IEEE 2016: 2786-2791.
Informations sur l'auteur:
Chang Wei 1, 2,3 Sunxue Hong, Liu Liping 1,3, Xue Jianan 1
(Ecole de physique et génie électrique et électronique, Université Ningxia, Yinchuan 750021, Chine;
2. École de génie de l'information, Université Ningxia, Yinchuan 750021, Chine; 3. Laboratoire clé de la perception de l'information intelligente du désert dans le Ningxia, Yinchuan 750021, Chine)
