摘要：为了满足无线电近感探测需求,提出一种基于反射型超表面的V波段涡旋电磁波产生方法,设计了一款具有正馈结构的涡旋电磁波反射阵天线,馈源采用标准增益喇叭天线。提出的新型线极化超表面单元为双层结构,两层方形贴片分别印刷在两个介质板的上层,金属地板印刷在下层介质板的底层。仿真结果表明,在60 GHz频点得到的电场相位在正方形相位参考面上具有清晰的+1模态涡旋相位分布特征,且中心存在相位奇点。对实物样机的实验室测试结果表明,天线近场辐射波以及天线照射钢板后反射波的电场相位同样具有涡旋相位分布特征。

摘要：涡旋电磁波因其独特的“空心圈”状辐射场强度、螺旋前进的相位波前以及不同模式间相互正交等独特的电磁特性在雷达探测、成像、保密通信等领域有着巨大应用前景。本文设计了一种基于吸散一体隐身超构表面的透射型涡旋电磁波产生器,超构表面在沿+z方向的Vivaldi天线的球面波激励下,可在透射方向高效地产生拓扑电荷数l=+1的涡旋电磁波;而当沿-z方向的平面波照射时,在吸波和散射的共同作用下,能够有效地降低超构表面的后向RCS。本文的研究工作为电磁隐身超构表面的多功能一体化应用与涡旋电磁波在雷达领域的应用提供新的方向。

摘要：针对大多数天线无法实现轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的任意生成和切换的问题,设计并分析了一种基于1-bit可编程超表面,探讨了其在涡旋电磁波的模态可重构方面的应用。基于1-bit相位量化原理,设计了一款极性转化单元,实现入射x极化波反射y极化波。理论分析了涡旋电磁波的辐射及可重构模态性能,并对设计的可编程超表面进行仿真验证。由15×15个单元组成的1-bit反射可编程超表面在11.5~13.5 GHz(16.0%)工作带宽内生成了携带模态l为0,±1,±2的涡旋电磁波,验证了模态可重构性。平面电磁波和涡旋电磁波既可以生成,又可以相互转换,为将来实现具有实时动态控制功能的OAM光束奠定了基础,在无线通信系统中具有良好的应用前景。

摘要：针对传统反射阵天线产生涡旋电磁波存在方向单一、轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)模态单一的问题,设计了一款多波束涡旋电磁波反射阵天线。提出了一款基于旋转单元法的新型宽带圆极化单元,并利用口径场叠加法,获得了单个馈源产生多个涡旋波束的反射阵阵面补偿相位。仿真结果表明,该天线在26.5~32 GHz生成了2个携带模态-1和+1的涡旋波束,OAM带宽和3 dB增益带宽均为18.3%。在工作带宽内,最大增益为18.3 dBic,口径利用效率为10.31%。

摘要：涡旋电磁波,因携带有轨道角动量(OAM),从而体现出除了传统的强度、相位、频率、极化等自由度之外的一种新型自由度,理论上在任意频率下都具有无穷多种互不干扰的正交模态,并且近年来其在雷达成像、无线通信等研究领域展现出重要的应用潜力,所以引起国内外学者的广泛关注,具有很高的研究价值和应用前景。在这里,该文主要介绍近年来涡旋电磁波天线技术的研究进展,包括单一微带贴片天线、阵列天线、行波天线、以及超表面天线结构等。单一微带贴片天线由于其结构简单、制作成本低而被广泛运用;行波天线可以在宽带范围内产生多OAM模式的涡旋电磁波;阵列天线的设计原理简单,可以灵活地控制产生不同模态的高增益OAM电磁波;而超表面天线不需要复杂的馈电网络,从而具有天线整体剖面较低的优势。该文对这4种常见的涡旋电磁波天线进行了总结,并展望了未来的发展趋势。

摘要：场变换是一种与入射角度无关的新型电磁变换方法,可对电磁波极化和阻抗进行调控.本文提出了一种基于场变换理论的大角度入射涡旋电磁波产生方法.基于该方法设计了一种用于涡旋电磁波生成的人工媒质,并通过对其仿真验证了所提出的方法.设计的人工媒质为多层环形结构,可以透射生成2阶涡旋电磁波,并且具有较好的入射角度稳定性,在60°斜入射时仍能产生涡旋电磁波.

摘要：频谱资源紧缺已成为无线通信技术发展的瓶颈.本文通过控制阵元间馈电相位差将轨道角动量(orbital angular momentum)技术应用于阵列天线中,利用L型探针馈电微带贴片天线沿圆周等距排列设计出一种工作频段在1.35GHz^1.86GHz,相对带宽达到31.8%的8阵元涡旋电磁波宽频微带天线.仿真实验表明,该天线可以产生具有多模态轨道角动量的涡旋电磁波,当用于移动通信系统的发射端,它能够实现在同一时间、同一频率下的多路信号传输,提高了系统的容量和传输速率.

摘要：轨道角动量(OAM)因其模式具有理论上无穷且正交互不干扰的特点,在扩展信道容量方面展现出良好的优势,为解决日趋紧张的频谱资源提供了一种新型设计自由度。面对复杂多样的无线通信场景,设计具有可重构特征的OAM天线,是实现多模态复用、智能信息感知和人工智能天线的物理层基础。该文首先结合可重构天线实现机理,给出了OAM可重构天线设计的方法及具备的特点;然后,系统性综述了具有可重构特征的OAM天线的研究进展;最后,对未来设计具有可重构特征的OAM天线研究进行了展望。

摘要：轨道角动量涡旋电磁波可以在物理层面为信息的调制提供新的维度,这在无线通信和雷达成像领域中拥有很大的应用前景.将相控阵波束扫描技术应用于涡旋电磁波,可用于增加涡旋电磁通信的覆盖范围,也可用于扩大涡旋雷达的探测空域.首先,本文讨论了涡旋电磁波束偏转的实现原理,并给出了实现波束扫描时平面相控阵口径上所需的相位分布公式.其次,考虑到相控阵天线在波束扫描以及轨道角动量模式可重构方面的独特优势,设计并制作了一款阵面规模为8×8的平面相控阵,并在10 GHz频率下实验验证了轨道角动量涡旋电磁波的波束扫描和模式可重构效果.最后,本文讨论并分析了涡旋电磁波束偏转后的性能变化.仿真和实验结果显示,平面相控阵在大角度波束扫描时会发生方向图畸变的问题.同时,本文还研究了涡旋电磁波的模式纯度关于波束偏转角度和模式数的变化情况.本文的研究结果表明,使用平面相控阵天线在一定空域内可以有效地实现涡旋电磁波束扫描,并可为涡旋电磁波通信和涡旋雷达提供参考借鉴.

摘要：鉴于涡旋电磁波所体现出的独特空间电磁场分布特征,以及其携带的轨道角动量在理论上所具有的无穷维度模态正交特性,涡旋电磁波在无线通信领域和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力;通过涡旋电磁波空间电磁场的分布和原理入手,采用在C波段设计阵元交替排布的双圆环均分天线阵列,并基于带状线屏蔽性能强的优势设计4路1分8的叠层馈电网络,从而产生4种混合模态(+1,-1,+2,-2)的涡旋天馈系统;通过搭建混合模态涡旋电磁波大容量通信系统测试收发天馈之间模态隔离度大于15 dB,在此基础上加入软件无线电平台验证通信系统多路涡旋波信号传输特性,测试验证4个端口均可正确接收、解调电磁信号,实现频谱效率4倍的提升。