[發明專利]在柱面陣列和錐面陣列上產生軌道角動量渦旋波束的方法

有效

• 申請號: 202110599194.1
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113328252B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 余世星;蔣基恒;寇娜;丁召;張正平
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H01Q3/26
• 分類號: H01Q3/26
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

本發明公開了一種在柱面陣列和錐面陣列上產生軌道角動量渦旋波束的方法，它包括：步驟1、根據陣列天線的組陣原理，確定圓環陣的半徑大小以及各陣元的位置關系；步驟2、將陣列轉換為柱面陣列和錐面陣列后計算補償相位；步驟3、對各天線單元進行極化校正，使各天線單元保持極化同向；步驟4、在電磁場仿真軟件中構成天線系統產生軌道角動量渦旋波束；解決了現有技術產生軌道角動量產生裝置整體剖面較大、可調性不好、應用性不強；相位補償計算和極化修正等技術問題。

技術領域

本發明屬于軌道角動量渦旋波束技術領域，尤其涉及一種在柱面陣列和錐面陣列上產生軌道角動量渦旋波束的方法。

背景技術

軌道角動量渦旋電磁波是目前領域內的研究熱點之一。由于軌道角動量不同模式之間的正交性，其可以極大地提升通信系統中的信道容量，因此軌道角動量渦旋電磁波的模式在通信系統中有廣泛的應用；目前在平面上激發軌道角動量渦旋電磁波的方法有許多種。在光學波段可以通過透射型或者反射型螺旋相位板、全息相位板等結構產生軌道角動量渦旋電磁波。在微波波段，可以通過超表面、天線陣列、螺旋天線等結構產生軌道角動量渦旋電磁波，但是依然有許多問題需要解決：一、由于超表面結構需要外加饋源照射，使用起來不方便，整體地剖面較大。二、超表面、螺旋天線一旦設計完成后功能確定不可調節。三、采用天線陣列結構產生軌道角動量渦旋電磁波的系統，依舊停留在平面陣上，對于在共形體上產生軌道角動量渦旋電磁波還沒有具體的研究。其中柱面陣列和錐面陣列為共形天線陣的特例，如何在柱面和錐面上產生以及調控軌道角動量渦旋電磁波模式一直沒有得到有效的解決。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種在柱面陣列和錐面陣列上產生軌道角動量渦旋波束的方法，以解決現有技術產生軌道角動量產生裝置整體剖面較大、可調性不好、應用性不強；相位補償計算和極化修正等技術問題。

本發明的技術方案是：

一種在柱面陣列和錐面陣列上產生軌道角動量渦旋波束的方法，它包括：

步驟1、根據陣列天線的組陣原理，確定圓環陣的半徑大小以及各陣元的位置關系；

步驟2、將陣列轉換為柱面陣列和錐面陣列后計算補償相位；

步驟3、對各天線單元進行極化校正，使各天線單元保持極化同向；

步驟4、在電磁場仿真軟件中構成天線系統產生軌道角動量渦旋波束。

步驟1所述確定圓環陣的半徑大小以及各陣元的位置關系的方法為：圓環陣列半徑R₁＝0.5λ時這個尺度下會導致軌道角動量渦旋波的軸向零場區域大；為了減小零場區域，增大陣列半徑；

計算各天線單元的相對位置

其中R₁為陣列天線的圓環陣列半徑；θ1為第一個單元與y軸的夾角。

補償相位的計算方法為：將平面陣列轉換為柱面陣列和錐面陣列后，對相位進行重新計算；采用平面陣列與錐面陣列產生軌道角動量渦旋波束時，各天線單元的相位為：

l為軌道角動量的模式數，(x_i,y_i,z_i)為天線單元的坐標位置；

采用圓柱陣列產生軌道角動量渦旋波束時，各天線單元的相位為：

(x_i,y_i,z_i)為天線單元的坐標位置，為自由空間中的波數。