双频阵列天线：OAM驱动的频谱效率提升与6G应用潜力

随着通信技术的飞速发展，现有的频谱资源日益紧张，频谱效率和信道容量的提升成为了关键需求。本文着重介绍了基于轨道角动量的双频阵列天线的设计与分析，这是一种创新的解决方案，旨在利用同轴馈电的贴片微带天线作为基本阵元，通过设计能够携带轨道角动量涡旋电磁波的新型天线结构。 阵列天线的核心思想是利用轨道角动量（OAM）的特性，这种电磁波具有独特的螺旋相位结构，不同模态的OAM波束具有无限多的状态且相互正交，这意味着它们能够在不重叠的频谱区域传输，从而显著提高频谱利用率。设计者通过HFSS软件进行仿真，结果显示该天线在11.37~22.77 GHz和25.06~31.71 GHz两个频段具有宽广的-10 dB带宽，这意味着它能在这两个频段内高效地传输OAM波束。 阵列天线的优点不仅体现在频谱效率上，其设计还能产生具有良好对称性和旋转性的OAM波束，这有助于保持信号的质量和稳定性。在中心频率21 GHz和27 GHz，天线能同时产生OAM涡旋电磁波，进一步展示了其多频操作的能力。这种设计对于未来的移动通信技术，如6G，具有巨大的应用潜力，因为它能够提供更高的数据传输速率和更强的信号安全性，有助于解决频谱资源日益匮乏的问题。 文章回顾了OAM在无线通信中的历史发展，从早期的理论探讨到实际应用的逐步推进。从ALLEN L的发现，到THIDEB等人在圆阵列上实现涡旋电磁波的生成，再到周守利和乔旭光等人使用贴片天线阵列的实验，都显示了OAM在无线通信领域的不断突破和进展。这些成果为基于轨道角动量的双频阵列天线设计提供了坚实的技术基础。 总结来说，本文研究的基于轨道角动量的双频阵列天线设计，结合了先进的电磁波传播理论和实际应用，有望在未来的无线通信中发挥重要作用，推动频谱效率提升，满足日益增长的通信需求。