[发明专利]基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法，所述系统包括：光开关、控制单元，用于在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；光电调制器，用于将射频信号调制到所述光开关输出的光束后输出；光信号处理器，用于对所述光电调制器输出的光束，根据第n个涡旋波束模式的N个移相需求，分别对所述光束中N个不同波长的光信号进行相位调节后，分别从N个端口输出；N个光电检测器，用于分别对所述光信号处理器的N个端口输出的光信号进行拍频后，分别输出到圆形天线阵列的N个天线进行发射。应用本发明可以实现涡旋波束的模式快速切换。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法。

背景技术

轨道角动量(OAM)是电磁波角动量(自旋角动量和轨道角动量)的一种，它使得电磁波的相位波前呈现涡旋状，因此携带轨道角动量的电磁波束又被称为涡旋波。涡旋波的螺旋相位波前可以用e^ilθ来表示，其中l是涡旋波的模式数，又被称为拓扑荷数，可以是任意整数，θ代表方位角。涡旋波束可以处于不同的频率，其中处于射频波段的就被称为射频涡旋波。

涡旋波束的主要应用领域包括通信和雷达探测。在通信方面，其不同模式的理论正交性为通信领域带来了一种新的自由度，每一个涡旋波束都可以作为一个独立的信道，涡旋波的模分复用可以大大提升信道容量和频谱效率，此外还可以用于数据编码通信。在雷达探测方面，由于其独特而稳定的相位结构和丰富的相位信息，涡旋波束可以用于微多普勒效应测转动物体的转速，这对于转动目标的检测十分有利。

涡旋波束模式的切换对于这两方面的应用都很有必要。首先，每个模式的波束都可以作为一个信道，模式快速切换可以有效提升信道数目；然后，每个波束的模式值都可以被编码为一组数据信息，模式快速切换能大大提升编码效率；涡旋波微多普勒效应中转子转速和涡旋模式值成正比，多个模式共同测量可以大大减小测量误差。

因此，综上，有必要提供一种可以进行涡旋波束模式切换的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法，实现涡旋波束的模式快速切换。

基于上述目的，本发明提供一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统，包括：

光开关，其包括k个输入端口和一个输出端口，每个输入端口分别输入一组不同波长的光经波分复用合成的光束；

控制单元，用于在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；

光电调制器，用于将射频信号调制到所述光开关输出的光束后输出；

光信号处理器，用于对所述光电调制器输出的光束，根据第n个涡旋波束模式的N个移相需求，分别对所述光束中N个不同波长的光信号进行相位调节后，分别从N个端口输出；

N个光电检测器，用于分别对所述光信号处理器的N个端口输出的光信号进行拍频后，输出N个射频信号；

圆形天线阵列，其包括N个天线，分别连接于N个光电检测器，用于分别将N个射频信号进行发射。

其中，所述光开关不同输入端口输入的光，波长也不相同。

其中，所述光信号处理器中光信号的波长与输出端口的对应关系，光信号的波长与移相相位的对应关系，均是根据涡旋波束模式的移相需求预先配置的。

进一步，所述系统还包括：

k个波分复用激光器，通过多波长光束复用分别输出k组不同波长的光，分别输入到所述光开关的k个输入端口。

进一步，所述系统还包括：