电磁波涡旋的产生方法及应用研究

发布时间：2021-01-23 14:20

　　电磁波涡旋是微波领域内新兴的前沿研究热点之一,其以螺旋状等相面著称,自提出以后受到了广泛的关注和研究。电磁波涡旋特有的轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）的模式正交性和其丰富的相位特性,为无线通信和雷达探测体制提供了新的思路。通信方面,利用OAM模式间的正交性,可以在不占用频谱资源的基础上极大地提高通信的传输速度;雷达方面,利用电磁波涡旋在不同方向上的相位差异可以进一步提高目标的识别分辨率,获取更多的目标特性信息。本文针对电磁波涡旋应用如涡旋通信和涡旋雷达应用中存在的技术性问题,进行了理论推导分析和方法研究,提出了圆形阵列生成OAM的方法、电磁涡旋扫描技术、涡旋雷达超分辨算法以及基片集成波导槽状结构波束窄化技术,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。针对均匀圆形天线阵列（Uniform circular array,UCA）中部分工作单元失效的情况,推导了任意圆形阵列波函数的数学表达式,评估了单元失效对OAM模产生的影响。理论分析表明,由于其他杂模的引进破坏了主模的正交性,均匀圆形阵列残阵产生OAM模时存在失真效应。基于理论结果,本文采用了正交... 

【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

具有1阶轨道角动量的涡旋场分布

模态0模态1图1.3 不同极化的不同轨道角动量模态的相位分布具有轨道角动量的光束涡旋具有以下的几个重要的特性：(1)存在相位奇点[22]，且在该位置光场强机会为零，相位呈现不确定性。利用涡旋光束的中空相位奇点结构，其可被理解为“势管”，并用来实现对超冷原子的束缚[23]。(2)等相面关于相位奇点所在的轴上呈现螺旋状。且不同轨道角动量模式，其涡旋的形状不相同。这与传统的平面波等相面为一个平面是截然不同的。不同轨道角动量模态的光束具有相互的正交性。通过在同一频率上调制不同且相互正交模态的涡旋光束可实现对轨道角动量的复用[24][25]，在接收端可以通过一组滤波器实现不同模态的解调，进而提高无线通信的传输速率。这也是涡旋光束目前被广泛研究的重点之一。(3)光学涡旋作为信息载体具有良好的安全性，这主要是因为轨道角动量的模态是基于空间的整体分布，且模态和方位角有不确定的关系[26]。只有实现收发端严格对准

第 3 页一点的极化特性可以保持一致，但相位分布呈现不同的螺旋状特。图1.2 圆极化和轨道角动量的区别模态0模态1图1.3 不同极化的不同轨道角动量模态的相位分布具有轨道角动量的光束涡旋具有以下的几个重要的特性：(1)存在相位奇点[22]，且在该位置光场强机会为零，相位呈现不确定性。利用涡旋光束的中空相位奇点结构，其可被理解为“势管”，并用来实现对超冷原子的束缚[23]。(2)等相面关于相位奇点所在的轴上呈现螺旋状。且不同轨道角动量模式，其涡旋的形状不相同。这与传统的平面波等相面为一个平面是截然不同的。不同轨道角动量模态的光束具有相互的正交性。通过在同一频率上调制不同且相互正交模态的涡旋光束可实现对轨道角动量的复用[24][25]，在接收端可以通过一组滤波器实现不同模态的解调，进而提高无线通信的传输速率。这也是涡旋光束目前被广泛研究的重点之一。(3)光学涡旋作为信息载体具有良好的安全性，这主要是因为轨道角动量的模态是基于空间的整体分布，且模态和方位角有不确定的关系[26]。只有实现收发端严格对准


本文编号：2995371