[发明专利]轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统及方法

权利要求书

1.一种轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，包括信号发生子系统和信号接收子系统，其特征在于，信号发生子系统包括依次连接的编码调制模块、任意波形发生模块、发射端射频链路模块和发射天线模块，其中，

编码调制模块用于将输入的比特信息经过幅相调制形成星座点，使比特信息与星座点之间建立映射关系；

任意波形发生模块用于生成多路独立的载波信号，对每一路载波信号进行移相操作，从而形成多路不同相位延迟、共轴传输的、对应不同OAM模态的OAM载波信号，并将星座点信息加载到各OAM载波信号上；

发射端射频链路模块用于对加载了星座点信息的OAM载波信号进行上变频、滤波和功率放大操作，形成OAM射频发射信号，然后将OAM射频发射信号馈送给发射天线模块；

发射天线模块用于把加载了星座点信息的各路OAM射频发射信号辐射到自由空间中传输，形成共轴传输的复用通信波束，

信号接收子系统包括依次连接的复合角汇聚透镜模块、接收天线模块、接收端射频链路模块、数据解调输出模块，其中，

复合角汇聚透镜模块包括用于OAM调相的螺旋相位板和汇聚透镜，螺旋相位板用于对共轴传输的多路OAM射频发射信号进行相位面调整操作，从而形成平面波束，然后通过不同焦距的汇聚透镜将所述平面波束汇聚到传输主轴方向的不同的焦点上；

接收天线模块包括多个接收天线子模块，各接收天线子模块分别放置在所述不同的焦点上，用于接收采集多路被汇聚透镜分离到不同焦点的OAM射频发射信号；

接收端射频链路模块，用于将所述OAM射频发射信号放大和滤波，并将OAM射频发射信号下变频后进行滤波采样，并输入给数据解调输出模块；

数据解调输出模块，用于将不同OAM载波信号所传输的不同幅相星座点信息解调出所述输入的比特信息。

2.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，其特征在于，发射端射频链路模块是多通道并行结构，发射端射频链路模块每一路通道都包括了混频器、滤波器、放大器，并且所有通道之间共用同一个本振源提供参考时钟信号，使得所有并行通道之间相位同步。

3.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，其特征在于，

发射天线模块是阵列天线、谐振腔和超材料天线中的一种或多种，所述阵列天线是环形阵列；

所述接收天线子模块是天线阵子，或谐振腔；

所述接收端射频链路模块包括前置滤波器、放大器、混频器、后置滤波器。

4.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，其特征在于，

针对多个OAM模态，选择高密度聚乙烯、聚丙烯、TPX中任一种或多种材料制作对应于多种OAM模态的复合角汇聚透镜模块。

5.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，其特征在于，

所述电磁波包括光波、微波、毫米波以及太赫兹波中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，其特征在于，

复合角汇聚透镜模块包括沿径向依次设置的多层呈圆环状嵌套的螺旋相位板以及与各圆环位置对应的、位于螺旋相位板的远离发射天线模块一侧的汇聚透镜，且各汇聚透镜的焦距不同。

7.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，其特征在于，

所述复合角汇聚透镜模块设置在发射端或接收端，其中，若复合角汇聚透镜模块位于发射端，则将发射天线模块置于汇聚透镜的一倍至两倍焦距之间，通过不同焦距的汇聚透镜或者调整发射天线模块与汇聚透镜之间的距离，实现多个OAM模态的远距离传输和空间分离。

8.根据权利要求1所述的轴向汇聚接收的轨道角动量电磁波复用通信系统，其特征在于，通过螺旋相位板、特定反射面天线、特定馈源天线、相控阵天线、空间光调制器、衍射光栅和超材料中的一种或多种产生不同模态OAM载波信号。