双模式双极化OAM波复用天线阵列设计与实验验证

发布时间：2020-07-11 02:29

【摘要】：为了应对无线通信中频谱资源日益紧张的问题,轨道角动量(Orbital Angular Momentum:OAM)因其具有无限多的正交模式可作为一个新的复用维度而得到了广泛关注。携带轨道角动量的电磁波被称为OAM波,利用不同模式OAM波之间的正交性可构建多路相互正交的通信信道,实现同一带宽内多路信号的并行传输。因此OAM波有望在不增加系统复杂度和系统带宽的情况下,极大地提升通信系统的传输速率和系统容量。本文基于圆形天线阵列产生OAM波的方法对OAM模式复用和电磁波极化复用的关系进行了研究。本文首先设计了一个双模式单极化OAM波复用天线阵列。仿真结果表明本文设计的天线能在2.4GHz频段内产生OAM模式l=+1和OAM模式l=+2复用的OAM波。在此基础上,考虑将OAM模式复用技术与极化复用技术结合使用,设计了一种双模式双极化OAM波复用天线阵列。仿真和实验结果均证明所设计的天线在2.6GHz-3.1GHz的频带内可以产生双极化双OAM模式复用的OAM波:x方向极化、OAM模式l=-1,x方向极化、OAM模式l=+1,y方向极化、OAM模式l=+1和y方向极化、OAM模式l=-1。利用天线产生的不同波束之间的正交性,在不增加额外的编解码算法以及其他复用方法的情况下实现了同频传输。仿真和实验结果验证了不同模式OAM波之间的正交性,证实了OAM复用技术用于通信系统中提升通信容量的可行性。基于USRP软件无线电平台的通信实验验证了OAM模式复用技术和极化复用技术相互兼容并可同时使用,为未来OAM波在无线通信中的使用奠定了基础。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92
【图文】：

圆形天线阵,微波频段

华中科技大学硕士学位论文涡旋光束类似的 OAM 波，提出了利用 OAM 波之间的正交性和效率，第一次将 OAM 的研究扩展到微波频段无线通信领hammadi 等对微波频段 OAM 做了一个系统的研究，对天线进行了理论分析与仿真，产生了携带 OAM 模式的 OAM 波提出的天线阵列形式及产生的 OAM 波的相位仿真图。在此开始受到越来越多的关注，许多学者开始研究微波频段的 O

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法进行了理论分析与仿真，产生了携带 OAM 模式的 OAM 波[30]。图所提出的天线阵列形式及产生的 OAM 波的相位仿真图。在此之后，O域开始受到越来越多的关注，许多学者开始研究微波频段的 OAM 波。图 1-2 圆形天线阵列产生 OAM 波[30]012 年，以上两个研究小组合作，进行了 OAM 在微波频段的第一次无该研究团队利用 OAM 波技术对两路携带不同模式的 OAM 波做编码，同频传输了 442 米的距离[31]，该实验的示意图如图 1-3 所示。虽然这基于OAM波的通信实验，但是该实验使用了模式为0和模式为1的两路没有利用两路 OAM 模式数均不为 0 的 OAM 波，因此实验也有一定的局

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华中科技大学硕士学位论文段单模式 OAM 波的产生方法日渐成熟后，学者们的研究重心模式复用、OAM 模式与极化复用的结合、基于 OAM 复用的通信。2014 年，Yan Y 等人利用四个 OAM 模式和两个偏振态构建了用通信链路，通信速率达 32Gbit/s，频谱利用率达 16bit/s/Hz，比低于33810 . [47]。2015 年，回晓楠等人提出了一种双 OAM 模器天线，并验证了 OAM 复用的通信链路。收发天线在相距 4m 的 OAM 波之间可以达到 20dB 的隔离度，并实现了在 60GHz 处高调制信号的同时传输[37]。该实验的实验方案示意图及实验结果如7 年上海交大的团队设计了工作在 5.72-5.95GHz 的双模式（l=1，阵列，并验证了两个不同模式 OAM 波之间的隔离度为 19dB[48]

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