近表面轨道角动量波电磁散射的研究

发布时间：2020-05-27 15:29

【摘要】：随着无线通信技术的高速发展,轨道角动量电磁波因其特殊的螺旋相位特性在无线电通信和雷达探测领域引起了科学工作者的极大兴趣。但是由于轨道角动量电磁波在远距离上传输的发散性使得轨道角动量电磁波在通信领域的应用发展逐渐变缓,然而在近距目标探测领域里面轨道角动量研究非常火热。利用轨道角动量电磁波与近距目标的相互作用,以及目标在不同条件下的散射轨道角动量电磁波的场强幅度和相位信息来进行近距目标探测已经成为了一个新的研究方向。本文的主要研究内容包括:1、系统性介绍了轨道角动量电磁波的基本理论。然后基于介绍的几种轨道角动量电磁波产生方法,本研究采用围绕圆周均匀摆放的八单元贴片天线阵产生轨道角动量电磁波,通过仿真得到了对应模式值轨道角动量的相位信息验证了轨道角动量的模式值取值范围及螺旋的相位结构等特性。2、将轨道角动量电磁波和平面波在近距目标探测时的散射体的散射场幅度和相位信息分别进行对比分析,然后将近表面的散射体的散射场的幅度和相位信息也分别进行对比,从场的幅度信息和相位信息中得到了轨道角动量电磁波在近距目标探测的可行性。3、通过轨道角动量电磁波在近距目标探测时在不同的模式值,不同散射体距离,散射体的不同偏移位置,散射体的不同大小,散射体的不同媒质五个方面对散射体的散射场进行实验综合分析,根据他们的散射场幅度和相位信息找到对应条件下近距目标探测的规律。4、在通过近表面目标的散射场分析得到轨道角动量电磁波在不同的散射体深度,不同的散射体偏移,不同的环境媒质,不同的散射体媒质对于近距目标探测的影响。根据散射体不同参数下的散射体的散射场强和相位信息得到对应的变化趋势。结论表明,轨道角动量电磁波在近距目标探测通过场分析方面与平面波相比具有更好的辨识度,通过散射体对轨道角动量电磁波的散射分析表明轨道角动量电磁波在近距目标探测上具有一定的可行性。
【图文】：

轨道角动量,波前相位,平面波,模式

目标识别和近表面目标探测提供更有价值的参考。国内外研究现状和发展趋势人们最早认识到电磁波轨道角动量是通过光的力学效应以及一些光学里面折射晶体方研究。在 1883 年，Whewell 对光学涡旋进行了理论分析，并且通过过实验验证涡旋具奇点。1979 年 Vaughan 等人开始对光学涡旋进行分析[12]，到 1881 年 Baranova 通过斑散研究观测到了涡旋结构的存在[13]。1989 年 Coullet 在分析非线性光学涡旋结构时，第了“光学涡旋”这一术语[14]。直到 1992 年 Allen.L 的团队的研究成果才让人们得以对动量（Orbital Angular Momentum，OAM）有了更深层次的理解[15]。Allen.L 的团队通过轨道角动量的拉盖尔高斯光速从理论上证明了轨道角动量的相位波前被扭曲成了螺旋状携带轨道角动量的电磁波也称为涡旋电磁波。如图 1.1 是模式值为 0 的平面波和模式值 2 的轨道角动量电磁波的波前结构。

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专业学位硕士研究生学位论文第二章轨道角动量电磁 0 Re dV S E A角动量的算子，具体的说 L j r 于是乎可以看到它可键组成部分，，式(2-4)中A代表的是矢量位函数。过极端我们可知道自旋角动量模式数S分别可以表示为： 2 20 012zV dVs dV E H Stokes 矢量0 01 1( )2 2Z ZV im E E H H 在 Z 方向的分量中，我们可以很容易从中知道电磁波的角动量中自旋角动量于。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN011

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