采用开槽波导天线的高纯度OAM光束，适用于多种太空应用

《IEEE Journal on Miniaturization for Air and Space Systems》：Highly Pure OAM Beams Using Slotted Waveguide Antenna for Various Space Applications

环形极化OAM束通过槽式波导天线阵列生成，结构简化且性能优异。在10GHz下实现11.1dBi高增益和±16°窄发散角，模式纯度达87%，实验验证与仿真吻合。

　　

摘要：

携带轨道角动量（OAM）的无线电涡旋波束具有独特的波前特性，这使得它们在各种空间应用中得到广泛应用，例如基于卫星的本地导航系统和立方体卫星（CubeSat）系统。传统上，这些无线电领域的OAM波束是由均匀圆形阵列（UCAs）生成的，但由于复杂的馈电方案，这类阵列结构较为繁琐。本文提出了一种带有槽状结构的波导天线（SWA）阵列，用于生成圆极化OAM波束，这种天线结构更为简单实用，无需复杂的馈电网络。该天线采用WR-90矩形波导，并在其宽壁上设置了槽状结构，设计工作频率为10 GHz。实验结果表明，该天线可实现11.1 dBi的高增益以及±16°的窄发散角。最重要的是，所生成的OAM波束具有87%的高模式纯度，这对于OAM的产生至关重要。此外，天线特性已在实验室原型上进行了验证，其结果与仿真结果高度吻合。

引言

在自由空间中传播的电磁（EM）波束的动量可以分为线动量和角动量，其中角动量进一步分为自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）。众所周知，自旋角动量与圆极化相关；而轨道角动量则取决于电磁波的空间旋转特性[1]。近年来，由于OAM波束具有独特的性质（如扭曲的波前和环形振幅分布[2]），它们在无线通信、雷达和各种空间应用中引起了广泛关注。OAM波束的一个显著特点是其在中心处的振幅为零，因此在远场辐射模式下会产生圆锥形辐射图案[3]。