[发明专利]在柱面阵列和锥面阵列上产生轨道角动量涡旋波束的方法

权利要求书

1.一种在柱面阵列和锥面阵列上产生轨道角动量涡旋波束的方法，它包括：

步骤1、根据阵列天线的组阵原理，确定圆环阵的半径大小以及各阵元的位置关系；

步骤2、将阵列转换为柱面阵列和锥面阵列后计算补偿相位；

补偿相位的计算方法为：将平面阵列转换为柱面阵列和锥面阵列后，对相位进行重新计算；采用平面阵列与锥面阵列产生轨道角动量涡旋波束时，各天线单元的相位为：

l为轨道角动量的模式数，(x_i,y_i,z_i)为天线单元的坐标位置；i为第i个天线单元；

采用圆柱阵列产生轨道角动量涡旋波束时，各天线单元的相位为：

(x_i,y_i,z_i)为天线单元的坐标位置，为自由空间中的波数；

步骤3、对各天线单元进行极化校正，使各天线单元保持极化同向；

步骤3所述对各天线单元进行极化校正的方法为：对于圆锥阵列，对各天线单元进行极化校正，使各天线单元保持极化同向；锥形阵列需要指向相同的X极化；在这种情况下，锥形阵列上的每个天线单元需要围绕X、Y、Z轴旋转首先，创建一个相对坐标系X′Y′Z′，其中Y′轴始终与圆锥面相切，并与俯视图下全局坐标系的Y轴平行；Z′轴始终垂直于圆锥面，X′＝Y′×Z′；全局坐标系、相对坐标系和旋转矩阵R关系为：

[x′ y′ z′]^T＝R[x y z]^T

其中旋转矩阵：然后利用欧拉旋转定理得到旋转角度；为相对坐标系中坐标XYZ绕Z轴旋转角度；θ为绕Y轴旋转角度；γ为绕Z旋转角度；

步骤4、在电磁场仿真软件中构成天线系统产生轨道角动量涡旋波束。

2.根据权利要求1所述的一种在柱面阵列和锥面阵列上产生轨道角动量涡旋波束的方法，其特征在于：步骤1所述确定圆环阵的半径大小以及各阵元的位置关系的方法为：圆环阵列半径R₁＝0.5λ时这个尺度下会导致轨道角动量涡旋波的轴向零场区域大；为了减小零场区域，增大阵列半径；λ为波长；

计算各天线单元的相对位置

其中R₁为阵列天线的圆环阵列半径；θ1为第一个单元与y轴的夹角。

3.根据权利要求1所述的一种在柱面阵列和锥面阵列上产生轨道角动量涡旋波束的方法，其特征在于：步骤4所述在电磁场仿真软件中构成天线系统产生轨道角动量涡旋波束的方法为：通过各模式数的相位分布，分别设定各单元的相位值；全波数值模拟完成后提取观察面处电场的相位和幅度分布数据，通过相位梯度法计算出模式纯度。