本公開涉及微波，特別涉及一種基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無線用戶的不斷增加，滿足無線網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)增長的容量需求變得越來越具有挑戰(zhàn)性。為了在有限資源下滿足這種需求，必須依賴新技術(shù)提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率。在過去十年中，攜帶軌道角動量(oam)的電磁波，即渦旋電磁波，因其高頻譜效率和抗干擾能力而備受關(guān)注。因此，這一技術(shù)必將為無線通信帶來新的可能性。渦旋電磁波相較于平面電磁波有著典型的相位和幅度特性。它呈現(xiàn)出渦旋型態(tài)的等相位面，相位在同一截面上呈現(xiàn)周期性變化，并且具有渦旋的相位分布。渦旋電磁波攜帶的渦旋模態(tài)階數(shù)，即軌道角動量拓撲核，在理論上有無窮多個模態(tài)。同時，數(shù)學上證明各模態(tài)由于渦旋相位特性而相互正交。渦旋電磁波的幅相特性與平面波完全不同，而平面波可以視作渦旋電磁波的一種特殊情況。

2、近年來，隨著通信速率需求的增加和頻譜資源短缺的加劇，人們急需采用新技術(shù)以提升無線通信信道容量。攜帶軌道角動量的渦旋波束，通過模態(tài)復用顯著提升信道容量已經(jīng)成為了通信研究的焦點。電磁渦旋波攜帶的旋轉(zhuǎn)因子形成沿傳輸軸的螺旋相位面，使得不同模態(tài)值的波束之間正交，可以實現(xiàn)同一頻帶的多路信息傳輸，確保信道間的獨立性。然而，電磁渦旋波束通信仍面臨多重挑戰(zhàn)，包括波束發(fā)散性對遠距離信息傳輸?shù)南拗?、多波束情境下的副瓣干擾可能影響模態(tài)信息完整性，導致模態(tài)純度下降，以及波束輻射方向的不可控性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的渦旋波在高模態(tài)會出現(xiàn)波束發(fā)散，模態(tài)純度下降的缺陷，提供一種基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法。

2、本公開是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

3、本公開第一方面提供了一種基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，所述生成方法包括：

4、將所述圓環(huán)陣列天線的多個陣元按照均勻圓環(huán)的形式分布在圓周上，且每個陣元上加載的信號幅度相同；

5、對所述每個陣元進行等幅差相的饋電，得到多模態(tài)的渦旋電磁波。

6、優(yōu)選地，所述生成方法還包括：

7、設(shè)置相鄰陣元間的加載信號的相位相差預設(shè)值。

8、優(yōu)選地，所述生成方法還包括：

9、將結(jié)構(gòu)相同的多個陣元按照預設(shè)間隔進行排列，得到陣列。

10、優(yōu)選地，所述圓環(huán)陣列天線包括微帶貼片天線和喇叭天線。

11、優(yōu)選地，所述陣元包括輻射貼片、同軸電纜、介質(zhì)基板、同軸饋電端口和參考地中的至少一種。

12、優(yōu)選地，所述同軸饋電端口與所述同軸電纜的圓心重合。

13、優(yōu)選地，所述參考地與所述介質(zhì)基板的尺寸相同。

14、優(yōu)選地，所述生成方法還包括：

15、對所述圓環(huán)陣列天線進行仿真，得到電場輻度圖和增益圖；

16、基于所述電場輻度圖和所述增益圖，得到攜帶軌道角動量的渦旋電磁波。

17、優(yōu)選地，所述生成方法還包括：

18、對不同尺寸的圓環(huán)陣列天線的仿真結(jié)果進行對比，得到對比結(jié)果。

19、優(yōu)選地，所述圓環(huán)陣列天線的半徑與渦旋電磁波的空洞呈負相關(guān)。

20、在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本公開各較佳實例。

21、本公開的積極進步效果在于：

22、本公開通過對圓環(huán)陣列天線的每個陣元進行等幅差相的饋電，得到多模態(tài)的渦旋電磁波，實現(xiàn)了基于圓環(huán)陣列天線生成多模態(tài)的渦旋電磁波，避免了渦旋波在高模態(tài)會出現(xiàn)波束發(fā)散，模態(tài)純度下降的問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述生成方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述生成方法還包括：

3.如權(quán)利要求1所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述生成方法還包括：

4.如權(quán)利要求1所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述圓環(huán)陣列天線包括微帶貼片天線和喇叭天線。

5.如權(quán)利要求1所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述陣元包括輻射貼片、同軸電纜、介質(zhì)基板、同軸饋電端口和參考地中的至少一種。

6.如權(quán)利要求5所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述同軸饋電端口與所述同軸電纜的圓心重合。

7.如權(quán)利要求5所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述參考地與所述介質(zhì)基板的尺寸相同。

8.如權(quán)利要求1所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述生成方法還包括：

9.如權(quán)利要求1所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述生成方法還包括：

10.如權(quán)利要求1所述的基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，其特征在于，所述圓環(huán)陣列天線的半徑與渦旋電磁波的空洞呈負相關(guān)。

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種基于圓環(huán)陣列天線的渦旋電磁波的生成方法，生成方法包括：將圓環(huán)陣列天線的多個陣元按照均勻圓環(huán)的形式分布在圓周上，且每個陣元上加載的信號幅度相同；對每個陣元進行等幅差相的饋電，得到多模態(tài)的渦旋電磁波。本公開通過對圓環(huán)陣列天線的每個陣元進行等幅差相的饋電，得到多模態(tài)的渦旋電磁波，實現(xiàn)了基于圓環(huán)陣列天線生成多模態(tài)的渦旋電磁波，避免了渦旋波在高模態(tài)會出現(xiàn)波束發(fā)散，模態(tài)純度下降的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：葛志偉,何力,覃超
受保護的技術(shù)使用者：成都摯信電子技術(shù)有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2