[发明专利]涡旋波束产生方法、装置和电子设备

说明书

本申请公开了一种涡旋波束产生方法、装置和电子设备。其中方法包括：根据天线口径场综合原理，获取全息超表面的多涡旋波束的辐射电场；根据多涡旋波束的辐射电场确定全息超表面的形态；利用天线激励表面波；利用具有该形态的全息超表面将表面波转换为多方向、多模态的涡旋波束。本申请的技术方案摒弃了复杂馈电网络，克服空馈阵列造成的超大剖面难以与其它终端集成的缺陷，改进了波束衍射性，增强轨道角动量通信质量。

技术领域

本申请涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种涡旋波束产生方法、装置和电子设备。

背景技术

随着无线通信技术和电子战技术的不断发展，对速率、信道利用率、信道容量、有效作用距离的需求越来越高。但是根据香农定理，利用传统技术提高信道容量已经近乎极限，很难有较大的提高。所以亟需研究新的技术来突破传统的限制。轨道角动量的出现，引起了理论界和工业界的广泛关注，由于其不同轨道角动量模态之间的正交性以及模态的无限性特点，将会在不增加带宽的情况下增加信道容量。

传统产生电磁轨道角动量的涡旋波束有螺旋抛物面、螺旋相位板、圆形相控阵、反射阵、传输阵、径向线缝隙阵、单天线激励高次模等方法，这些方法都存在各式各样的缺陷。例如螺旋抛物面是基于传统抛物面天线通过切角加工制作成具有螺旋状的口径面，其产生模态单一，加工精度要求较高，结构复杂；螺旋相位板是具有螺旋形状的介质板，其传输效率较低，产生的波束发散性较强；圆形相控阵是利用复杂的馈电网络来对每一个阵列单元进行馈电，产生轨道角动量的模态数和阵列单元数是相关的，也就是说要增加模态数必须要相应的增加阵列的单元数，阵列的数量和天线空间排布之间的矛盾将限制其应用；反射阵和透射阵是利用单元具有波前相位调制的功能，对外加馈源产生的近场球面波进行相位调控，虽然避免了复杂的馈电网络，但是外加馈源引起的超高剖面极大地限制了其与其他系统的集成；径向线缝隙阵列没有较为复杂的馈电网络，其剖面较低，可以产生电磁轨道角动量，但是其只能在阵列的法线方向上产生波束，限制了其在通信与电子战领域中的应用；而对于单个贴片天线来激励高阶模产生轨道角动量，其设计过程复杂，产生的模态较为单一，波束发散角较大，增益较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种涡旋波束产生方法、装置和电子设备，以摒弃复杂馈电网络，克服空馈阵列造成的超大剖面难以与其它终端集成的缺陷，以及改进波束衍射性，增强轨道角动量通信质量。

本申请实施例采用下述技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种涡旋波束产生方法，包括：

根据天线口径场综合原理，获取全息超表面的多涡旋波束的辐射电场；

根据多涡旋波束的辐射电场确定全息超表面的形态；

利用天线激励表面波；

利用具有该形态的全息超表面将表面波转换为多方向、多模态的涡旋波束。

第二方面，本申请实施例还提供一种涡旋波束产生装置，包括：

辐射电场计算单元，用于根据天线口径场综合原理，获取全息超表面的多涡旋波束的辐射电场；

表面形态确定单元，用于根据多涡旋波束的辐射电场确定全息超表面的形态；

表面波激励单元，用于利用天线激励表面波；

波束产生单元，用于利用具有该形态的全息超表面将表面波转换为多方向、多模态的涡旋波束。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：

单极子天线；

处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，可执行指令在被执行时使处理器执行上文涡旋波束产生方法。