隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線頻段的頻譜擁塞問題愈發(fā)嚴重，因此，在頻譜資源有限的情況下研究能夠提高頻譜利用效率的新型無線通信技術(shù)具有重要意義。研究表明，軌道角動量作為電磁場所攜帶的基本物理量之一，理論上擁有無窮多種本征模式，且不同本征模式之間具有正交性，如果能夠?qū)④壍澜莿恿康倪@一特性應(yīng)用于無線通信中，則有可能大幅提高現(xiàn)有無線通信的信道容量。本文以此為基礎(chǔ)，對軌道角動量在未來無線通信中應(yīng)用的可行性、技術(shù)思路和方法進行相關(guān)研究，包括如何在射頻段生成攜帶軌道角動量的渦旋波束，渦旋波束的傳播特性分析，以及軌道角動量模式的檢測等問題；同時，本文基于渦旋波束所具有的獨特的空間相位特性，研究了將軌道角動量應(yīng)用于雷達目標檢測的可行性，相關(guān)研究內(nèi)容概括如下。

　　本文提出了一種用于在射頻段生成渦旋波束的環(huán)形偶極子天線陣列。針對在實際的應(yīng)用場景中渦旋波束的生成問題，本文以天線設(shè)計領(lǐng)域中經(jīng)典的偶極子天線作為均勻環(huán)形天線陣列的陣元，對于偶極子在環(huán)形陣列中的四種排布方式，通過仿真分析發(fā)現(xiàn)只有平行偶極子環(huán)形陣列在線性相位激勵下才能生成攜帶軌道角動量的渦旋波束，在此基礎(chǔ)上，詳細研究了在該偶極子排布方式下環(huán)形陣列的各個叁數(shù)對渦旋波束輻射特性的影響。同時基于環(huán)形天線陣列作為渦旋波束的接收端，仿真驗證了在該渦旋波束接收配置下軌道角動量模式間的正交性以及利用軌道角動量增加無線通信信道容量的可行性。

　　本文提出了一種渦旋波束軌道角動量模式的偏軸檢測方法。針對傳統(tǒng)基于兩天線的相位梯度檢測法在檢測陣列相對于波束軸存在橫向偏移時檢測結(jié)果不再可靠的問題，提出一種基于均勻環(huán)形天線陣列的不需要確知波束軸位置即可檢測軌道角動量模式的檢測方法，仿真結(jié)果表明當檢測陣列相對于波束軸的橫向偏移量在給定范圍內(nèi)時，均可得到可靠的模式檢測結(jié)果，且檢測性能不受偏移量大小的影響。在此基礎(chǔ)上，針對波束軸偏移量更大的情形，本文又提出兩種適合低階軌道角動量模式偏軸檢測的網(wǎng)格天線陣列結(jié)構(gòu)，相對于均勻環(huán)形陣列，這種網(wǎng)格陣列具有更大的空間覆蓋區(qū)域，且只要波束軸落入該陣列的覆蓋區(qū)域內(nèi)，就能檢測出其軌道角動量模式，并能同時確定該波束軸所在的網(wǎng)格區(qū)域，這為后續(xù)收發(fā)陣列偏移校正等軌道角動量通信信號處理技術(shù)提供了有價值的參考。
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