用于合成天线辐射方向图的拓扑设计工具
经典物理
2020-12-25 v1 光学
摘要
贴片天线是最受欢迎的辐射单元之一，然而其准二维结构减少了可用于定制其辐射方向图的自有度。为克服此限制，一种可能的方案是在接地基板上蚀刻两个同心辐射单元，并以适当的幅度/相位关系组合两种模式（每个单元一种）。尽管该技术原则上导致无限多种可能构型（即每个贴片单元可支持无限多种模式），文献中可用的理论与实验验证仅限于圆形贴片天线的前两种辐射模式（TM 11 与 TM 21）。最近，我们已表明该圆形贴片的设计可通过利用涡旋场的拓扑性质、特别是通过控制圆形贴片高阶右手圆极化（RHCP）TM 21 模式所展现的相位奇点来有效进行。由于圆形贴片的 RHCP 高阶模式数目无限，我们原则上可处理任意数目的相位奇点，其组合控制带来了塑造圆形贴片辐射方向图的前所未有的可能性。在本文中，我们给出一个完整的设计工具，用于确定组合圆形贴片天线 RHCP 模式时出现的相位奇点的数目与位置，并最终操控它们以合成所需辐射方向图。作为一个现实应用示例，我们展示了所提工具如何用于有效设计单天线，其辐射方向图可适当定制以在两种不同状态间切换，即分别广泛用于移动与卫星通信基站的扇形与鞍形。
引用
@article{arxiv.2012.13360,
title = {A Topological Design Tool for the Synthesis of Antenna Radiation Patterns},
author = {Mirko Barbuto and Mohammad-Ali Miri and Andrea Alù and Filiberto Bilotti and Alessandro Toscano},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.13360},
year = {2020}
}