[发明专利]三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法

说明书

本发明涉及一种三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法，包括以下步骤：步骤1，设计用于产生三自由度涡旋波束的左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元；步骤2，基于左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元分别设计左旋圆极化涡旋波束圆环阵列和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列；步骤3，基于左旋圆极化涡旋波束圆环阵列和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列生成三自由度圆环阵列涡旋波束。本发明率先提出圆环阵列辐射场调控的三种自由度，即阵元极化、阵元排布方式和激励相位模式；其次，对这三种自由度进行组合分析，并通过理论推导得出了基于三种自由度任意组合的多自由度圆环阵列涡旋波束生成方法。

技术领域

本发明涉及圆环阵列涡旋波束合成技术领域，特别涉及三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法。

背景技术

目前，由于频谱与极化资源的限制，对增加频谱资源、提高频谱利用率有了更高的要求。因此，具有螺旋相位且携带轨道角动量(OAM)的涡旋波束引起了研究人员的广泛关注。OAM波束具有螺旋相位波前以及无穷多模态值，且模态值之间相互正交，互不干扰，因此可以在同一频率下发射多种不同的涡旋波束，理论上可以在同一空间中构建出无穷多的信道。

基于上述原因，涡旋波束在提高无线通信系统信道容量和频谱利用率等方面具有广泛应用，可为波束调控提供新的自由度。微带阵列中，常见的涡旋波束产生方式是将相同单元沿圆周同向均匀排布，构成圆环阵列。而均匀圆环阵列中存在多种自由度，如阵元极化可分为线极化或圆极化，阵元排布方式可分为同向或自旋转排布，激励相位为同相分布或梯度相位分布，这些自由度都会对最终生成的波束产生影响，且自由度间交叉组合后生成的波束形式也大不相同。

发明内容

本发明提供一种三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法，其特征在于，所述三自由度圆环阵列涡旋波束产生方法包括以下步骤：

步骤1，设计用于产生三自由度涡旋波束的左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元；

步骤2，基于左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元分别设计左旋圆极化涡旋波束圆环阵列和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列；

步骤3，基于左旋圆极化涡旋波束圆环阵列和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列生成三自由度圆环阵列涡旋波束；

当阵元极化为左旋圆极化时，若左旋圆极化涡旋波束圆环阵列中旋转角度模式数l₁≠0且左旋圆极化涡旋波束圆环阵列中激励相位模式数l₂≠0，阵列可以生成模式数为l₂-l₁的左旋圆极化涡旋波束；

当阵元极化为右旋圆极化时，若右旋圆极化涡旋波束圆环阵列中旋转角度模式数l₁′≠0和右旋圆极化涡旋波束圆环阵列中激励相位模式数l₂′≠0，阵列可以生成模式数为l₁′+l₂′的右旋圆极化涡旋波束。

更进一步地，在步骤1中，所述左旋圆极化单元和右旋圆极化圆环单元均为具有倾斜对角缝隙的矩形贴片，两单元对角缝隙方向正交；