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．     

基于5GHz无线频段的环形OAM微带阵列天线设计

频谱资源短缺和频谱利用率低已成为阻碍无线通信技术与物联网发展的重要因素,轨道角动量(OAM)作为一种可用于无线通信的新技术,引起了人们的广泛关注。文中提出一种基于5 GHz无线频段的环形OAM微带阵列天线,并设计了由物理长度可变移相器和U型移相器构成的馈电网络。解释了辐射阵元间馈电相位差的具体实现,分析了阵列天线的相关性能参数。仿真结果表明,阵列天线辐射出的OAM波束具有明显的螺旋相位波前结构,能够产生稳定的OAM涡旋电磁波。此阵列天线结构简单且易于加工,对解决未来无线电通信系统中信道容量需求与频谱资源短缺的矛盾具有一定的参考价值。     

基于多极矩展开的双模涡旋波束综合北大核心CSCD

为了增加通信系统传输容量,提高频谱效率,本文提出了一种利用多极矩展开（MME）产生携带两种不同模态轨道角动量（OAM）的涡旋电磁波的方向图综合方法。以同轴馈电的贴片天线为阵元,通过构建一个两环的同心圆环天线阵列,在保持内外环半径与激励幅值比不变的条件下来产生所需的涡旋波束。仿真结果表明,利用多极矩展开方法产生的OAM模态分别为1和2的涡旋波束的主瓣范围符合预期,同时旁瓣电平最高仅为-13.8dB。该研究为雷达成像、无线通信等领域的进一步发展提供了参考依据。     

基于圆形阵列的OAM波束产生系统设计与实现

针对目前轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)波束发生器模态单一、设计复杂等问题,设计并实现了一种在X频段内产生可调OAM波束的均匀圆形阵列天线。天线为半径60 mm 的圆盘,由8个阵元组成,阵元采用微带天线设计,同轴馈电,在中心频率处回波损耗达-51.5 dB ,S 11 < -10 dB 的工作带宽为9.6~10.5 GHz 。仿真和实测结果表明,天线可通过调节相位产生7种不同模态的涡旋电磁波,产生OAM为+1的涡旋电磁波纯度可达90%。通过误差分析发现,低模态数的涡旋电磁波对幅度和相位误差具有很好的抗干扰能力,这为利用涡旋电磁波实现目标探测和提高信道容量奠定了基础。     

涡旋电磁波无线通信技术发展综述

由于携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM),涡旋电磁波具有螺旋相位结构以及不同模态相互正交的空间性质,因此将其应用于无线通信技术领域以提升频谱利用率以及通信容量受到学界关注。介绍了涡旋电磁波的结构以及特殊性质,总结了近几年国内外涡旋电磁波在天线技术的进展并对比了各类天线性能,分析了涡旋电磁波在多输入多输出、复杂环境传输以及模态混叠检测领域的不足与发展态势,指出了未来基于涡旋电磁波无线通信发展的方向以及挑战。     

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.     

基于透射超表面加载圆阵的双波束涡旋波天线北大核心CSCD

为了提高通信系统的信道容量和频谱效率，本文提出了一种工作在X波段的透射超表面加载的八单元的均匀圆阵(UCA)双波束轨道角动量(OAM)天线，超表面分为三层结构，分别中间的金属层和上下的正交金属栅层，中间层将馈源辐射的y轴线极化入射的+1模态的涡旋电磁波转换为x轴线极化的出射的+1模态涡旋电磁波，同时基于相位叠加原理构成双波束超表面，将入射波分为两个不同方向(30°,0°)和(30°,180°)的出射波，并且出射涡旋电磁波相对于入射涡旋电磁波发散角降低了9°。该研究有望为基于多波束的轨道角动量复用和大通信容量的天线设计提供一种新的思路。     

模态波束双可重构OAM发生器的研究

针对圆环形阵列天线产生轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)涡旋波的技术, 提出了宽带圆极化单臂螺旋天线(single-arm spiral antenna, SASA)构成的机械可重构圆环形阵列天线, 并深入研究了OAM涡旋波的模态检测和收发情况.利用SASA的相位特性, 调控各阵元绕自身轴线的旋转角度, 可灵活控制OAM涡旋波的主波束辐射方向.该设计可实现OAM模态和涡旋波辐射方向双可重构调控特性, 并根据SASA的旋转角方向实现左旋圆极化或右旋圆极化OAM涡旋波.实验加工并测试了该可重构圆环形OAM阵列天线, 验证了该思想和方法的正确性和有效性.     

生成轨道角动量的紧凑型圆极化圆环组贴片天线

可用于无线通信具有轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波因其可在同一频率上同时传输多个信号而备受关注。然而,大多数产生OAM的方法结构较复杂或成本较高。文中创新性地提出一种产生OAM由三个圆环形贴片组成的贴片天线,这种圆环组贴片天线要优于之前提出过的相控天线阵列等,它结构简易紧凑且易于实现,较大地节约了经济成本。每个圆环贴片都可产生不同特定模式的圆极化电磁波,通过不同模式电磁波的组合进而产生具有OAM的涡旋电磁波。在对所提出的圆环组贴片天线进行理论分析的基础上,通过模拟仿真得到的结果比较理想,进而验证了该圆环组贴片天线的创新性。     

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。