基于多模态OAM涡旋电磁波的L波段宽频阵列天线设计

频谱资源紧缺已成为无线通信技术发展的瓶颈．本文通过控制阵元间馈电相位差将轨道角动量（orbit-al angular momentum）技术应用于阵列天线中,利用L型探针馈电微带贴片天线沿圆周等距排列设计出一种工作频段在1．35GHz～1．86GHz,相对带宽达到31．8％的8阵元涡旋电磁波宽频微带天线．仿真实验表明,该天线可以产生具有多模态轨道角动量的涡旋电磁波,当用于移动通信系统的发射端,它能够实现在同一时间、同一频率下的多路信号传输,提高了系统的容量和传输速率．     

非共轴OAM通信系统的波束管理研究

轨道角动量(orbitalangularmomentum,OAM)作为一种新的调制自由度,能大幅度提高无线通信的频谱利用率。而基于均匀圆阵列(uniform circular array,UCA)的OAM通信系统要求收发端阵列静止并且完美对准,导致OAM难以实际应用。提出了基于OAM的波束管理,通过收发端波束扫描,确定最佳收发波束匹配,利用匹配波束通信。仿真结果证明该方案能有效解决由收发端阵列非共轴带来的系统性能下降问题。     

涡旋电磁波轨道角动量模态抗干扰性能分析

The electromagnetic vortex wave has demonstrated excellent research value with potential applications in the fields of wireless communication and radar detection and imaging due to its unusual electromagnetic field distribution and theoretically infinite orthogonal Orbital Angular Momentum (OAM) modes. This study analyzes the anti-interference performance of OAM modes in the electromagnetic vortex Radio Frequency (RF) transceiver link primarily from the perspective of the electromagnetic vortex field distributions in space and the OAM modes orthogonality. Planar antenna arrays are designed to generate the electromagnetic vortex beams with respective OAM modes of and in the C band, and the corresponding RF transceiver links are established. The OAM modes’ anti-interference properties under different interference situations are analyzed in the electromagnetic vortex RF transceiver link by using a horn antenna as the interference source. Meanwhile, the corresponding OAM mode spectrum and the OAM modes’ orthogonality are employed as the primary methods in our analysis. Finally, the designed antenna models are fabricated, and the electromagnetic vortex RF transceiver links are measured. The corresponding analyses and conclusions are presented in this study. The OAM modes’ anti-interference performance analysis in the vortex electromagnetic wave’s RF transceiver link can provide a reference for exploring and designing a vortex electromagnetic wave in wireless communication and radar detection and imaging research.      

耦合对环形相控阵生成涡旋电磁波的影响

该文研究了环形天线阵列生成具有轨道角动量的微波频段涡旋电磁波的过程中,天线阵列单元间的耦合对生成的涡旋电磁波的模式的影响.通过理论分析,以及基于矩量法的全波电磁数值计算,给出了在一定的条件下,耦合对生成的涡旋电磁波的模式数的影响.结果表明,当存在耦合的旋转对称性时,耦合不会对涡旋波的生成造成影响;而当不存在耦合的旋转对称性时,单元间耦合会使生成的涡旋波偏离理想结果.耦合对涡旋波的影响程度敏感于模式数、环形阵列半径、观测点方位.基于文中的参数,即使相邻单元间距大于两个波长,耦合也可能使模式数改变14%以上.     

基于环形OAM阵列天线的复用传输系统研究

轨道角动量(OAM)复用传输是一种新兴的无线电传输技术。利用单馈电点环形微带矩形贴片天线的辐射特性来产生C波段OAM的螺旋波束,并制作出环形OAM阵列天线。为验证OAM阵列天线的传输性能,将OAM天线与通用软件无线电外设(USRP)相结合,利用软件无线电(SDR)技术搭建一个OAM无线传输系统。经实验证明该系统可在真实的信道环境中实现音频信号的实时传输。鉴于OAM复用传输技术具有传输安全性好、频谱利用率高的优势,OAM系统的搭建在无线通信中具有一定实际意义,在未来通信领域具有潜在应用价值。     

涡旋电磁波在军事无线通信中的应用

涡旋电磁波的OAM复用是一种把量子力学中的轨道角动量理论应用到无线通信领域的新型技术,拥有高效频谱利用和抗干扰两项引人注目的特性。介绍了国内外研究现状,对涡旋电磁波的产生与接收、OAM复用对通信容量的影响、OAM模式的复用和解复用、大气的非均匀性和电离层对涡旋电磁波的影响、涡旋电磁波抗干扰能力等研究热点进行了概括。指出了研究、分析OAM复用和抗干扰性能以及探索有效的OAM通信方法的重要意义。     

涡旋电磁波无线通信技术的研究进展

It is known from electromagnetic momentum that electromagnetic waves can carry Spin Angular Momentum (SAM) related to polarization and Orbital Angular Momentum (OAM) related to the trajectory of the Poynting vector. When OAM is not zero, the wave-front electric field distribution of the electromagnetic wave is vortex-like and has the characteristic of propagating along the axial direction. Therefore, this electromagnetic wave is aptly named vortex electromagnetic wave. Based on the mathematical model of the plane electromagnetic wave field, the researchers introduce a Fourier factor that uses the topological charge (also called mode) of the OAM as a parameter to describe the field of the vortex electromagnetic wave. Therefore, the wave-front of the vortex electromagnetic wave with a “polarization” pattern associated with topological charge, the use of polarization patterns of vortex electromagnetic waves in different modes can further increase the spectrum effect of the wireless communication system. Studies show that although it is feasible to generate "planar" vortex electromagnetic wave beams from Uniform Circular Array (UCA) arrays in an open environment, to obtain modal multiplexing gain, and it is necessary to explore vortex electromagnetic wave beams based on orthogonal phase sequences distributed on a unit circle in the complex plane. At the same time, the paper also investigates the current research status of compatibility between OAM and Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems in the field of radio frequency.     

轨道角动量天线波束控制技术的研究进展

轨道角动量( Orbital Angular Momentum,OAM)因其模数的无限性与正交性在提升通信容量方面有着巨大的潜力,对解决频谱资源不堪重负的现状有很强的现实意义,而OAM波束自身的发散角限制了其远距离通信的能力. OAM波束控制技术作为OAM波束固有的发散角问题的解决方案,极具研究价值和发展前景.介绍了近...     

宽频多模态涡旋电磁波超表面设计

针对超表面产生OAM(轨道角动量)涡旋电磁波模态单一的问题,提出了一种宽频带多波束多模态OAM波束超表面的设计方法。采用方形开口环结构,优化几何参数,通过开口尺寸的变化构建8个3-bit 数字编码单元。利用矢量叠加原理,由产生单一模态OAM波束所需的相移得到多模态涡旋波束的超表面相位分布。采用天线阵列理论可直接求得超表面的远场方向图,并与全波仿真结果进行对比。研究结果表明,利用该方法设计的超表面,能够同时生成多个OAM波束,并且每个波束的辐射方向和OAM 模态可根据实际需求进行设定。设计的超表面还具有电尺寸小、剖面低和工作频带宽等优点,在无线通信领域具有广泛的应用前景。     

轨道角动量在无线通信中的研究新进展综述

随着无线通信技术的蓬勃发展,频谱利用率和系统容量已经趋近香农极限.轨道角动量作为一项新型技术,拥有高效频谱利用率和抗干扰能力,引起了国内外学术界的关注.本文首先介绍了轨道角动量的应用与无线通信系统的基本原理;其次综述了轨道角动量在相关领域的研究进展,并对轨道角动量产生的关键技术进行深入分析,以及对现有的轨道角动量接收方法进行梳理总结;最后在目前已有研究的基础上,展望并提出了未来轨道角动量在无线通信研究及应用中需要重点解决和关注的一些突出问题,包括携带轨道角动量涡旋电磁波的产生,不同模态轨道角动量电磁波相互干扰的抑制,轨道角动量模态的编码方式以及不同模态涡旋电磁波的分离与检测等方面.     

涡旋电磁波天线技术研究进展

涡旋电磁波,因携带有轨道角动量(OAM),从而体现出除了传统的强度、相位、频率、极化等自由度之外的一种新型自由度,理论上在任意频率下都具有无穷多种互不干扰的正交模态,并且近年来其在雷达成像、无线通信等研究领域展现出重要的应用潜力,所以引起国内外学者的广泛关注,具有很高的研究价值和应用前景。在这里,该文主要介绍近年来涡旋电磁波天线技术的研究进展,包括单一微带贴片天线、阵列天线、行波天线、以及超表面天线结构等。单一微带贴片天线由于其结构简单、制作成本低而被广泛运用;行波天线可以在宽带范围内产生多OAM模式的涡旋电磁波;阵列天线的设计原理简单,可以灵活地控制产生不同模态的高增益OAM电磁波;而超表面天线不需要复杂的馈电网络,从而具有天线整体剖面较低的优势。该文对这4种常见的涡旋电磁波天线进行了总结,并展望了未来的发展趋势。      

多协议标签交换网络的OAM机制研究与实现

多协议标签交换技术MPLS是可扩展的下一代网络的关键承载技术,为了保障其传输数据质量不依赖于其他服务层,需为其提供独立的OAM机制。文中基于Y.1711协议分析MPLSOAM的基本功能及实现。重点研究MPLSOAM报文传输功能,通过在系统中添加OAM报文转发模块实现,从而对MPLS网络数据平面缺陷的进行检测及定位,及时通知入节点进行保护倒换以维护网络高可用性、降低运营成本。     

应用PO-AI方法分析加罩OAM天线的辐射特性

应用物理光学-口面积分（PO-AI）方法,数值分析加载天线罩的轨道角动量（OAM）波天线的辐射特性,评判介质天线罩对各阶模式OAM波的辐射特性、幅相分布以及模式纯度的影响程度。通过与现有文献中天线罩实例的测试值相对比,验证了算法的正确性和有效性;考察了开口波导环形阵列OAM波天线工作于不同的模式阶数时,半球形天线罩所引起的空间场幅-相分布的变化。在此基础上,计算了一个正切卵形、多层介质天线罩情况,验证了PO-AI 算法对复杂结构的适应性。从数值结果可见,天线罩对高阶OAM辐射波的幅值分布影响较大。数值计算也证实该算法可以快速预估介质罩存在时OAM波形的畸变程度,有助于实现对天线罩各参数的快速优化。     

MPLS-TP的OAM机制基于FPGA的实现

操作、管理、维护（OAM）机制是加强对分组传送网络的管理和控制关键。继传输多协议标签（T-MPLS）技术以后,MPLS-TP吸收了三层IP、二层PWE3和一层TDM/OTN技术的优点,将OAM技术进行了继承和发展。作为分组交换网络（PTN）的主流技术,MPLS-TP必须拥有强大的OAM技术才能更加具备市场竞争力。主要对其硬件实现的方法进行了研究,首先详述了MPLS-TP网络的OAM网络模型及主要功能。重点对OAM功能硬件实现方式进行了讨论,提出了实现方案,详述了各个功能模块的逻辑处理过程及具体电路实现。方案还需要进一步的进行系统级的验证,将在今后的研究中会逐步完成。     

MPLS网络中的OAM

网络操作、管理与维护（OAM）在公用网中非常重要,它能够提高网络可靠性,简化操作,降低网络运行成本。本讨论了在MPLS（多协议标记交换）网络中通过OAM数据包来实现OAM功能的方法,并在分析网络管理需求的前提下,提出了几种在MPLS层实现OAM功能的方案,展望了MPLS OAM标准的发展方向。     

基于多环结构的八模态涡旋波微带天线

介绍了一种多模态涡旋电磁波单元天线设计方法.利用四个同心短路圆环微带贴片产生八模态的涡旋电磁波波束.该单元天线结构简单,尺寸小.仿真与实验结果表明,八个模态（l=±1,±2,±3,±4）均拥有良好的涡旋相位特性,相应阶数的单元增益分别为4.8 dBi,4.1 dBi,5.1 dBi,5.3 dBi,各模态的阻抗带宽均大于100 MHz.该天线为多模涡旋电磁波应用提供了一种新的可能.     

基于光载无线技术的毫米波轨道角动量多维联合调制/解调研究

提出了一种基于光载无线(ROF)技术的W波段涡旋毫 米波生成及轨道角动量(OAM)多维联合调制 /解调方法。采用ROF技术在光域对微波源进行倍频生成W 波段光学毫米波,并通 过集成光调制 器对光学毫米波的相位和幅度进行调控。通过合理调控圆环天线阵列(CAAs)的辐射毫米波 相移,从而实 现涡旋毫米波的生成以及状态切换。同时,设计了64阶OAM、幅度和 相位的三维联合调制格式, 并通过模拟仿真,成功实现了75Gbit/s高阶联合调制信号的调制/解 调。研究结果表明,OAM 作为一个新 的物理维度不仅可以通过复用来实现传输容量密度的提升,同时也可以作为调制手段实现 传输容量的提 升,在提高无线频谱效率以及保密通信中具有重要的潜在应用价值。     

涡旋电磁波的理论与应用研究进展

无线电技术因实现对信息的快捷传输而蓬勃发展,时至今日,不断增多的通信业务使得不可再生的频谱资源日益紧缺,通信速率也已趋于香农定理的极限。 涡旋电磁波(简称涡旋波)因携带有轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)而体现出新的自由度,理论上在任意频率下都具有无穷多种互不干扰的正交模态,在通信领域有望提升频谱效率与通信容量,在雷达成像领域也体现出提高分辨率的潜力,逐渐成为研究热点。 基于此,本文通过调研,概述了涡旋波的理论研究进展;阐述了涡旋波产生、传输、接收等传播链路的研究方法;介绍了涡旋波在无线通信领域与雷达成像领域的应用现状;总结了涡旋波在目前发展中面临的关键问题,并指出其未来研究与发展的方向。     

基于网络处理器的以太网OAM设计

为了实现电信级的、高可靠的以太网,需要以太网支持运行、管理维护(OAM)功能。而网络处理器(NP)由于具有处理速度快、编程能力强的特点,在目前主要的电信设备制造商中得到了大量的应用。因此,通过网络处理器实现以太网OAM功能是一种十分迫切的要求。在此,首先介绍了以太网OAM的相关标准、消息格式,然后对NP的工作原理和功能特点进行了介绍,最后给出了一种基于NP的以太网OAM功能的实现方法。     

Directions of arrival estimation with planar antenna arrays in the presence of mutual coupling

Directions of arrival (DoAs) estimation of multiple sources using an antenna array is a challenging topic in wireless communication. The DoAs estimation accuracy depends not only on the selected technique and algorithm, but also on the geometrical configuration of the antenna array used during the estimation. In this article the robustness of common planar antenna arrays against unaccounted mutual coupling is examined and their DoAs estimation capabilities are compared and analysed through computer simulations using the well-known MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) algorithm. Our analysis is based on an electromagnetic concept to calculate an approximation of the impedance matrices that define the mutual coupling matrix (MCM). Furthermore, a CRB analysis is presented and used as an asymptotic performance benchmark of the studied antenna arrays. The impact of the studied antenna arrays geometry on the MCM structure is also investigated. Simulation results show that the UCCA has more robustness against unaccounted mutual coupling and performs better results than both UCA and URA geometries. The performed simulations confirm also that, although the UCCA achieves better performance under complicated scenarios, the URA shows better asymptotic (CRB) behaviour which promises more accuracy on DoAs estimation.