检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：何晓媛北京邮电大学

学位级别：硕士

轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)复用技术具有突破电磁波频率资源固有的有限性,实现大容量通信的巨大潜力。然而,OAM无线通信系统的广泛应用面临着许多问题与挑战,主要包括OAM波束固有的能量发散问题,严格的OAM收发设备对齐... 详细信息

轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)复用技术具有突破电磁波频率资源固有的有限性,实现大容量通信的巨大潜力。然而,OAM无线通信系统的广泛应用面临着许多问题与挑战,主要包括OAM波束固有的能量发散问题,严格的OAM收发设备对齐问题和多模态OAM波束的产生问题。因此,对于OAM无线通信系统而言,如何改善OAM波束的辐射性能,实现多模态OAM波束的灵活调控是需要解决的关键问题。人工电磁超表面拥有优异的电磁波调控能力,且具有结构简单和易于加工等特点,是调控OAM波束的新兴电磁器件。因此,基于人工电磁超表面的轨道角动量电磁波调控关键技术的研究,对提高OAM波束应用于无线通信中的可行性和可靠性,实现未来大容量通信具有极其重要的意义。本论文的研究内容主要包括三个部分,具体如下:首先,本论文对偏轴无衍射OAM波束的调控技术进行研究,旨在解决OAM波束固有的能量发散问题,并满足OAM通信系统中收发设备严格对齐的要求。本论文基于无衍射理论设计人工电磁超表面,实现了 OAM馈源和偏轴零阶贝塞尔波束发生器的一体化的方法,以达到了偏轴准无衍射OAM波束的调控目的。为了验证这一方法,本论文设计了两款全介质超表面,并采用3D打印工艺实现这两款全介质超表面的制造。对比仿真和测试结果,所设计的人工电磁超表面成功生成了偏轴准无衍射OAM波束,实现了对准无衍射OAM波束的涡旋模式、传播方向、无衍射距离以及波束数量的独立调控。其次,本论文对多域OAM复用技术进行研究,旨在结合多个电磁波的正交域,最大程度地实现无线通信领域的OAM复用。为此,本论文采用偏轴入射方案,通过叠加复振幅的方法设计人工电磁超表面,实现了对不同入射电磁波的识别与独立调控,并设计了双线极化OAM复用超表面、双圆极化OAM复用超表面和双频OAM复用超表面,对不同极化、频率的多模态OAM波束进行调控,产生了八束正交且共轴的OAM波束,实现了多域OAM复用。最后,本论文对多模态OAM波束波束发散角的调控进行研究,旨在解决共轴多模态OAM波束的接收问题。为此,本论文采用各向异性单元,通过叠加复振幅的方法设计人工电磁超表面,实现了多个孔径大小不同的单模态OAM波束发生器的一体化,以实现对多模态OAM波束的波束发散角的独立调控,生成等波束发散角的共轴正交OAM波束。根据这一方法,本论文完成了两款人工电磁超表面的设计,分别实现了共轴等波束发散角的双模态和多模态OAM波束的生成。本论文基于人工电磁超表面实现了对多模态OAM波束的涡旋模式、传播方向和发散角度的调控,改善了无线通信频段中OAM波束的辐射性能,延长了 OAM无线通信系统的传输距离,实现了结合频域、极化域和OAM域的多域OAM复用,提高了 OAM无线通信系统的可行性和可靠性,为轨道角动量电磁波调控相关技术的发展和未来大容量通信的实现提供了新的思路。

关键词：人工电磁超表面轨道角动量电磁波高阶贝塞尔波束轨道角动量复用

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一种产生轨道角动量涡旋电磁波的透射超表面

引用

西安邮电大学学报 2023年第3期28卷 21-29页

作者：禹忠赵泰琳石力西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121

为了改善目前透射超表面效率低、轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)模式纯度低等问题,设计一种产生OAM涡旋电磁波的透射超表面。根据Pancharatnam-Berry相位原理,通过改变周期单元的旋转角度实现对电磁波2π全相位控制。再利用... 详细信息

为了改善目前透射超表面效率低、轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)模式纯度低等问题,设计一种产生OAM涡旋电磁波的透射超表面。根据Pancharatnam-Berry相位原理,通过改变周期单元的旋转角度实现对电磁波2π全相位控制。再利用相位补偿叠加设计超表面,从而产生多模式的OAM涡旋电磁波。通过制作的一款OAM模式为+2的超表面验证所设计透射超表面的有效性。实测结果表明,该超表面可以实现左旋圆极化(Left-Handed Circularly Polarized,LHCP)平面波转换为右旋圆极化(Right-Handed Circularly Polarized,RHCP)涡旋波,并在17~19 GHz频带范围内能够实现较高的模式纯度、透射效率和极化转换率(Polarization Conversion rate,PCR)。

关键词：超表面轨道角动量电磁波极化转换 Pancharatnam-Berry相位

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