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现代无线通信技术高速发展,未来通信的主角—5G通信技术已将轨道角动量电磁涡旋技术这一复用技术融入进来,以此来提高频谱利用效率和通信系统的容量,解决频谱资源有限与其庞大的需求这一矛盾。当前提出的轨道角动量(Orbital Angular Momentem,OAM)天线大多窄带,宽频带内无法保证OAM波束纯度,难以满足高数据传输速率的需求,因此宽频带OAM天线的研究是有必要的。本文所提出的螺旋天线具有良好的非频变性,在基础天线中具有理论成熟,成本低等优点。结合等效原理和叠加原理推到螺旋天线远场辐射公式,确定螺旋天线能够产生OAM波束,馈电相位决定OAM波束模态。同时,合理设计馈电网络,实现多模态和模态可重构特性。以螺旋天线为基础设计的OAM天线在无线通信领域具有一定的研究价值。本文首先对平面螺旋天线的电场远场公式进行推导,得出相位因子和拓扑电荷的相关公式,确定轨道角动量波束产生的可行性和模态转换的影响因素。之后,在电磁仿真软件上对天线进行建模和仿真。通过合理地调节螺旋天线内外径、旋臂的曲率等参数,保证天线具有合适的带宽和匹配。同时,合理地选取天线旋臂数量,保证角动量能够产生±1、±2和±3共6种模态。在模态分别为1、2和3时,平面螺旋天线在2.75GHz频段的仿真工作带宽分别为1GHz、0.58GHz和0.73GHz,相对带宽分别为36.36%、21.09%和26.55%,均为宽频带,满足设计要求。利用微带线馈电网络和多组开关二极管实现OAM波束在模态1、2和3之间的转换。最后完成螺旋天线的实物加工,实物天线在模态1、2和3下带宽分别为1GHz、0.57GHz和0.73GHz,相对带宽分别为36.36%、20.72%和26.55%,结果与仿真基本相同,有轻微的频偏。通过傅里叶变换对仿真和实物天线产生的波束进行纯度分析。仿真结果中1、2和3模态的波束纯度分别为97.77%、98.83%和92.64%。实测天线在模态1、2和3下波束的纯度分别为95.47%、90.2%和91.48%,波束纯度均在90%以上,结果达到设计要求。注意,轨道角动量波束模态为测得的模态数结果减一,即角动量一模态为轨道角动量零模态,一模态的相位结构为自旋角动量和轨道角动量共同作用导致。实测结果中纯度有一定程度的下降,这与实测时天线未对齐和加工误差等因素有关。由于天线增益会随轨道角动量模态的增加而降低,通过设计锥形天线及其阵列,在保证宽频带的条件下,提高增益。圆锥等角螺旋(Conical Logarithmic Spiral,CLS)天线结构简单,体积小,具有单方向辐射特性。由CLS天线组成的4元阵列增益较高,通过控制电流到不同阵元的相位,实现不同模态的轨道角动量波束的产生。模态0下CLS天线增益高达10d B,模态1下增益为6.6d B,各模态增益均高于平面螺旋天线。但CLS天线的OAM波束纯度较低,需进一步的改善和优化。轨道角动量与平面螺旋天线情况一致。