(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210718524.9 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 东莞理工学院 地址 523808 广东省东莞 市松山湖科技产 业园区大 学路1号 (72)发明人 杨阳　沈飞　张光旻　程凯扬　 宫玉彬　 (74)专利代理 机构 成都行之智 信知识产权代理 有限公司 5125 6 专利代理师 温利平 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) H01Q 1/36(2006.01) H01Q 21/22(2006.01) (54)发明名称 N臂阿基米德螺旋结构反射电流产生多模涡 旋电磁波方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于 反射电流带 理论的N 臂阿基米德螺旋结构多模涡旋电磁波生成方法， 先在电磁仿真软件的时域求解器中建立N臂阿基 米德螺旋天线模 型， 再选取天线模 型各部件的具 体材质， 分析N个馈电波端口输入相同功率正弦 激励信号的不同相位分布Am， 挑选从第二个相位 开始反转的馈电相位分布对， 计算出所有馈电相 位分布对下对应天线OAM模式的主辐射环区域的 等效平均半径取值范围， 确定天线内外起始半径 的范围， 最后在天线模型中建立频域远场监控 器， 通过对N臂阿基米德螺旋天线模型进行仿真， 实时检测仿真过程中不同频率处的天线远场强 度和相位分布， 实现更多OAM模式涡旋电磁波的 产生。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115081215 A 2022.09.20 CN 115081215 A 1.一种N臂阿基米德螺旋结构反射电流产生多模涡旋电磁波方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： (1)、 在电磁仿真软件的时域求解器中建立N臂阿基米德螺旋天线模型， 包括一个圆形 介质基板和一个金属反射板， 以及刻在圆形介质基板背面的金属接地环与刻在圆形介质基 板正面的N条金属螺旋线； 其中， N条金属螺旋线均匀绕制且线宽固定不变， 金属螺旋线顺时针或逆时针旋转， 在N 条金属螺旋线的起点或终点位置处建立N条馈电同轴， 用于设置馈电波端口； 金属接地环与 馈电波端口处于同一半径， 用于实现阻抗匹配； 金属反射板与介质基板同样大小， 用于提高 天线的增益； (2)、 选取厚度为h和相对介电常数为 εr的介质基板， 选 取宽度为w的金属螺旋线， 然后根 据金属微带线等效介电常数计算公式计算出等效介电常数 εeff； (3)、 在N个馈电同轴上逆时针方向或顺时针方向设置N个馈电波 端口； (4)、 对N个馈电波 端口输入相同功率 不同馈电相位分布 Am的正弦激励信号； 其中， N为螺旋臂的臂数； m表示相位分布的编号， m为非负整数， 其取值范围为1、 2、 …、 N‑1、 N； 分析不同的馈电相位分布Am， 当N＝2p+1或N＝2p+2时， 在 馈电相位分布Am中挑选从第二 个相位开始反转的馈电相位分布对， 记馈电相位分布对的数目为p， p为正整 数， 取值范围为 1、 2、…， 始终小于N/2； 馈电相位分布对记为Aq和AN‑q， q为正整数， 取值范围为1、 2、 …、 p； 其 中， 当馈电相位分布AN‑q对应的电流无法直接辐射而在螺旋臂末端反射时， 反射电流的馈电 相位分布为A‑q； (5)、 计算馈电相位分布AN‑q激励下， 基模情况下天线所产 生的涡旋电磁波OAM模式的理 论值； l(AN‑q)＝±(N‑q‑1) (6)、 计算馈电相位分布A‑q激励下， 基模情况下天线所产生的涡旋电磁波OAM模式的理 论值； (7)、 选取天线OAM模式的理论值l(A‑q)的最低工作频率fmin(A‑q)， 计算天线OAM模式的理 论值l(AN‑q)的最低工作频率fmin(AN‑q)；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115081215 A 2(8)、 计算天线OAM模式的理论 值l(A‑q)和l(AN‑q)最高工作频率fmax(A‑q)和fmax(AN‑q)； 当N＝2p+1时， 当N＝2p+2时， (9)、 计算天线OAM模式的理论 值l(A‑q)和l(AN‑q)的等效工作波长 λg； 其中， c为自由空间的光速， f为天线OAM模式下的工作频率， 其取值范围为[fmin(A‑q), fmax(A‑q)]和[fmin(AN‑q),fmax(AN‑q)]； 因此， 得到OAM模式l(A‑q)和l(AN‑q)的等效工作波长 λg的取值范围； (10)、 计算天线OAM模式的主辐射环区域的等效平均半径的取值范围； 其中， C(A‑q)和C(AN‑q)为OAM模式l(A‑q)和l(AN‑q)主辐射环区域的等效平均周长； (11)、 改变m、 p和q的取值， 重复步骤(4) ‑(10)， 计算所有天线OAM模式l(A‑q)和l(AN‑q)的 主辐射环区域的等效平均半径 r(A‑q)和r(AN‑q)的取值范围； (12)、 选取 金属螺旋线的内外半径分别为r0和r1； 在[fmin(A‑q),fmax(A‑q)]频率范围内， r0、 r1的取值大于r(A‑q)的取值范围同时不满足r (AN‑q)的取值范围； 在[fmin(AN‑q),fmax(AN‑q)]频率范围内， r0、 r1的取值大于r(AN‑q)的取值范围； (13)、 在天 线模型中建立频域远场监控器， 用于检测仿真过程中不同频率处的天线远场强度和相位分 布； (14)、 对建立的N臂阿基米德螺旋 天线模型进行仿真， 得到 天线的反射系数S11以及远场 分布强度、 相位分布， 实现宽带 范围内多OAM的产生。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115081215 A 3