[發明專利]基于超材料模塊實現渦旋波束編碼、解碼及通信的方法

有效

• 申請號: 201710366020.4
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107204752B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 李宏強;魏澤勇;李權;武超
• 申請（專利權）人: 東莞天速通信技術有限公司;東莞微伏光電科技有限公司
• 主分類號: H03H11/16
• 分類號: H03H11/16;H04L1/00;H01Q15/00
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 龐許倩;馬東偉

本發明涉及基于超材料模塊實現渦旋波束編碼、解碼和通信的方法，采用渦旋波束對數字信號進行編碼來實現通信，包括:在通信協議中確立一組固定的渦旋波束模式基；信號源輸出數字信號序列；基于上述數字信號序列，對超材料模塊實施動態電壓調控使射頻源發出的射頻信號照射到超材料模塊上后將反射波轉換為多個渦旋波束模式的疊加態并發射出去，實現渦旋波束對數字信號的編碼。通過對超材料模塊的饋電及電平判決將渦旋波束轉換為平面波，實現解碼。利用上述編碼和解碼方式實現通信。本發明利用較小尺寸的器件實現大容量編碼、解碼和通信，信息的發射、接收環節難度低，傳輸信息量大。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種基于超材料模塊實現渦旋波束編碼、解碼及通信的方法。

背景技術

渦旋波束是一類特殊的波束，其波陣面呈螺旋狀。理論上，渦旋電磁波束是麥克斯韋方程組的一類特殊波束解，其電磁場表達式為：

其中，A(r)為電磁場的振幅，r表示位置矢量，是相位因子，i表示虛數，表示方位角，m稱為渦旋束的拓撲荷。不同拓撲荷的渦旋波束之間滿足正交關系，因此渦旋波束被越來越多的用于無線通信領域，通過渦旋波束模式編碼能夠大大提高通信容量。渦旋波束的生成是渦旋波束復用通信應用中的關鍵環節，渦旋波束的生成依賴于對輻射口面電磁場的幅度相位分布調控，現有渦旋波束生成主要通過螺旋相位片、微帶線陣列等方式來實現。螺旋相位片通過介質表面的螺旋形設計來控制出射電磁波角向相位分布，實現某一特定階數渦旋波束的發射，其發射模數單一，無法滿足多模式渦旋波束的生成；微帶線陣列的移相通過延遲電路來實現，利用延遲移相網絡實現信號的功分和移相，從而控制微帶線天線陣列輻射陣元上的幅度和相位分布，其電路負載，器件尺寸大，調控精度低。

目前僅有從渦旋波束模式作為載波進行通信的設計思路，利用同一頻段內多個渦旋波束模式的復用來提高通信頻譜利用率。這種方法主要有以下缺點：

1.渦旋波束場分布具有發散的特性，不同模式具有不同的發散角，因此接收時需要用不同半徑的天線陣列，在同一時段接收并識別到每一個模式的信息，這在實際操作中可行性比較低；

2.多個模式渦旋波束的發射器件采用傳統技術實現，器件尺寸比較大，調控精度低，而且只能實現單一模式的調控，如果要實現多個模式同時發射需要加入繁雜的設計。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種基于超材料模塊實現渦旋波束編碼、解碼及通信的方法，用以解決現有調控模式單一或多模式設計繁雜的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

基于超材料模塊實現渦旋波束編碼的方法，采用渦旋波束對數字信息進行編碼來實現通信，包括以下步驟：

步驟S1、在通信協議中確立一組固定的渦旋波束模式基{φ₁,φ₂,φ₃...φ_N}，其中表示第n階渦旋波束的場分布函數；n＝1,2,3，……，N；代表極坐標中的方位角；

步驟S2、在每個時鐘周期T內，信號源輸出N位數字信號序列S_c；

步驟S3、基于上述數字信號序列S_c，對超材料模塊實施動態電壓調控使射頻源發出的射頻信號S_i照射到超材料模塊上后將反射波轉換為多個渦旋波束模式的疊加態并發射出去，實現渦旋波束對數字信號的編碼。

進一步，所述所述步驟S3包括：

步驟S301、根據輸入的數字信號序列S_c得到每一超材料模塊單元的鐵電襯底兩端所需施加的直流電壓V_i；