[发明专利]一种基于涡旋电磁波的自适应安全通信装置及方法

权利要求书

1.一种基于涡旋电磁波的自适应安全通信装置，其特征在于，包括：

合法发送者模块，用于在模态0采用常规波束赋形方法，以平面波的形态传输自己的期望发送信号；该信号在模态自适应模块与模态自适应模块的人工噪声复用后，传输至合法接收者模块；

模态自适应模块，用于为合法发送者模块要发送的人工噪声选择最优的模态；

模态映射模块，根据模态自适应模块确定的人工噪声的传输模态，将发送信号和人工噪声调制到指定轨道角动量模态上；

共轴多模复用传输模块，用于将经模态映射模块调制的发送信号和人工噪声进行复用，并通过天线发送出去；

合法接收者模块，用于在模态0接收共轴多模复用传输模块发送的信号。

2.一种基于涡旋电磁波的自适应安全通信方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S1，生成N阵元均匀圆环天线阵列在给定载波频率下的天线辐射图表格；

步骤S2，使用天线辐射图表格自适应选择发送人工噪声的轨道角动量模态；

步骤S3，使用轨道角动量模态对发送信号及人工噪声进行轨道角动量调制；

步骤S4，将经轨道角动量调制得到的发送信号及人工噪声进行轨道角动量共轴多模复用传输。

3.根据权利要求2所述的自适应安全通信方法，其特征在于上述步骤S1中生成N阵元UCA天线在给定载波频率下的天线辐射图表格，具体过程如下：

根据轨道角动量通信理论，一个N阵元的均匀圆环天线阵列，在轨道角动量模态l、方向角为θ、方位角为φ的一点的电磁辐射用下式描述:

其中，N为均匀圆环天线阵列天线阵元数，j为虚数单位，j²＝-1，k为载波波数，k＝2π/λ，λ为载波波长，φ_n为第n个天线单元的方位角，J_l为第一类l阶贝塞尔函数，R为均匀圆环天线阵列半径；j^l、e^jlφ是数学指数表达式；

由上式可知，在给定了由N和R确定的天线结构和确定了载波波长λ的情况下，辐射能量幅度和相位与φ、θ和l有关；取电磁辐射A的幅度值并进行归一化，得到轨道角动量的辐射方向图，发现幅度值与φ无关，只与l和θ有关；

天线辐射图表格设计为一个N行M列的二维表格，其中，N表示天线阵元数，等于均匀圆环天线阵列能够实现的模态数，M表示天线辐射图中离散化的方向角的个数；每一行对应一个轨道角动量模态，从模态0到模态N-1，包含M个角度的辐射值。