涡旋电磁波的产生及其在成像领域的应用

发布时间：2021-04-15 01:27

　　近年来,经济和科技飞速发展,信息化的进程也越来越快,其中作为信息载体的电磁波,在相关成像领域的应用为人们的生产生活带来了极大的便利,但是仍无法满足人们日益增长的生产生活需求。作为电磁波的一个全新物理量,轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）为电磁波提供一个全新的相位自由度,因此,相关学者们对轨道角动量进行了大量的研究。涡旋电磁波是一种携带轨道角动量的特殊电磁波,理论上OAM模式数目是无限的,且不同OAM模式之间相互正交并在空间独立传播,张成无穷维的希尔伯特空间,有望被用于成像领域来提高成像分辨率。涡旋电磁波的产生是其应用的前提,本论文围绕涡旋电磁波的产生及其在成像领域应用这个中心命题,开展了空气中宽带多OAM模式涡旋电磁波的产生、水中涡旋电磁波的产生以及电磁涡旋成像算法方面的研究。本文主要工作与创新点如下:1、基于涡旋电磁波的应用前景,分析对天线带宽和OAM模式数的需求。提出了N臂阿基米德平面天线结构,并讨论了该天线结构产生宽带多OAM模式电磁涡旋波的原理;研究了各种参数（臂数、增长率、臂宽、内外半径等）对天线带宽和OAM模式数的影响;2、为了实现空气中... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

同心圆相控阵天线及辐射波束[17]

电子科技大学博士学位论文6涡旋电磁波的产生。相较于相控阵，时间开关圆环阵列成本更低，且也能同时实现多种OAM模式的产生。(a)(b)图1-5涡旋电磁波抛物面天线。(a)改进的抛物面[18]；(b)基于泡沫塑料块材料的螺旋抛物面反射器[19]2013年，MirkoBarbuto等人提出一种更加便宜、轻便的单一贴片天线[21]来产生涡旋电磁波，如图1-6(a)所示。标准的圆形贴片由两个同轴电缆来馈电激励，通过调控电缆的放置角度，来调控两个激励模式之间的相移，从而实现圆极化涡旋电磁波的产生。基于此，椭圆贴片[22]天线也可以用来产生圆极化的涡旋电磁波，如图1-6(b)所示，这种天线结构简单、轻便且易于集成，通过几何结构的非对称性来产生两种正交模式，保证涡旋电磁波的产生条件。(a)(b)图1-6涡旋电磁波贴片天线。(a)圆形贴片结构[21]；(b)椭圆贴片结构[22]

电子科技大学博士学位论文8图1-9轨道角动量喇叭天线结构及近场幅相图2018年，香港城市大学的研究小组提出一个半球形的介质谐振腔[27]来生成涡旋电磁波，介质谐振器由两个正交的信号进行馈电，激发出高阶的221TE模式，通过分别对两个端口进行馈电，产生两种OAM模态。2019年，合肥工业大学相关团队提出一种加喇叭腔锥形共形贴片圆极化涡旋电磁波天线[28]，如图1-10所示，该结构可以产生高增益、小发散角的涡旋电磁波。除此之外，还有基于漏波天线[29]、螺旋相位板[30]等的方法。介质基板接地馈电点金属片矩形缝隙槽φ(a)0360(b)(c)图1-10圆锥共形贴片天线[27]。(a)圆锥共形贴片天线结构图；(b)顶视图和俯视图；(c)实测OAM模式l=1涡旋电磁波的强度和相位图


本文编号：3138395