【摘要】：軌道角動量(OAM)近年來成為了微波波段及射頻段的研究熱點之一。攜帶軌道角動量時,電磁波具有螺旋的相位波前,通�？梢詫⑦@種波束稱作渦旋波束。與電磁波的自旋角動量(SAM)相比,SAM僅與電磁波的極化相關(guān),所以僅具有三種狀態(tài)數(shù)。而OAM模式是電磁場強度與相位空間分布的結(jié)果,根據(jù)螺旋相位的梯度不同可以具有無窮多個模式數(shù)(拓?fù)潆姾蓴?shù))。由于不同模式之間的正交性,使得各路傳遞的信息之間互不影響。理論上,利用這種方式可以在同一工作頻率下構(gòu)造無窮多的渦旋波束,從而極大程度上提升了信道的容量。OAM模式的高效激發(fā)是其在微波波段應(yīng)用的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的OAM激發(fā)器件工作存在無法克服的厚度極限,而在較低頻率下,由于波長較長的關(guān)系將導(dǎo)致元件尺寸過于巨大,不利于大規(guī)模使用。針對這一問題,本文基于頻率選擇表面(FSS)展開了X波段軌道角動量模式激發(fā)器件的研究。首先,本文針對微波段上攜帶特定軌道角動量模式數(shù)的渦旋波束透鏡的設(shè)計手段進行了分析,并提出利用FSS單元設(shè)計渦旋透鏡的方法。從工作機理和基本分析方法著手,以無限長的條型帶柵為例對FSS的濾波特性進行了深入剖析。同時,從柵瓣角度和入射角的穩(wěn)定性分析了小型化的必要性。其次,詳細的分析了耦合型MEFSS的等效電路設(shè)計方法。通過二階單元分析其性能影響因素。與傳統(tǒng)的FSS相比,本文所提出的單元結(jié)構(gòu)具有亞波長尺寸,并且單元本身已經(jīng)實現(xiàn)小型化,對于入射角有很好的穩(wěn)定性。設(shè)計了四階帶通響應(yīng)的MEFSS單元,通帶包含X波段且在此范圍內(nèi)的透射系數(shù)高于0.9,并以此進行渦旋透鏡的設(shè)計。將透鏡陣列劃分成8個區(qū)域,通過金屬參數(shù)的調(diào)整使相鄰區(qū)域的單元在10.6 GHz處具有45°等相位梯度的傳輸相移,實現(xiàn)了模式數(shù)l=1的線極化渦旋波束激發(fā)透鏡。最后,通過MEFSS單元結(jié)構(gòu)引入P-B相位,對出射波中交叉極化分量的相位進行控制。根據(jù)不同類型的單元分別實現(xiàn)了拓?fù)潆姾蓴?shù)為1和2的兩個軌道角動量模式激發(fā)。進一步,根據(jù)廣義斯涅爾定律,對基于l=2的透鏡陣列實現(xiàn)了30°的渦旋波束偏轉(zhuǎn)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN015
【圖文】：

由于移動通信的廣泛普及，通信技術(shù)獲得了極大地進展。然而，隨著無線業(yè)務(wù)需求的不斷增加，頻譜資源匱乏的問題變得嚴(yán)重，怎樣盡可能的提高頻譜利用率成為當(dāng)務(wù)之急。為了解決這一問題，許多學(xué)者先后研究出了多種復(fù)用技術(shù)，例如時分復(fù)用技術(shù)、碼分復(fù)用技術(shù)、空分復(fù)用技術(shù)和正交頻分復(fù)用技術(shù)等。以上幾種復(fù)用方法大多采用電磁波的線性動量，包括時間、頻率、幅度、相位、極化，然而電磁波除了具有線性動量以外，還具有角動量[1]。從物理學(xué)上來說，角動量可以分為自旋角動量(Spin Angular Momentum, SAM)和軌道角動量(OrbitalAngular Momentum, OAM)。1936 年，貝斯證明了光能對物質(zhì)施加扭矩，并將其歸因于光與物質(zhì)之間角動量的轉(zhuǎn)換[2]。貝斯通過這個實驗證明了光存在自旋角動量，而軌道角動量的則是艾倫等人在 1992年通過光學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)的[3,4]。他們發(fā)現(xiàn)攜帶有 OAM 的波束具有螺旋形狀的相位，并且在光的傳播方向上具有相位奇異點。然而，由于奇異點本身并不攜帶能量，也不具有動量，因此也沒有角動量。所以，我們強調(diào)角動量產(chǎn)生于圍繞奇異點的光，而不是奇異點本身。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 電磁波軌道角動量的研究現(xiàn)狀科研者們最先認(rèn)知的是波束的角動量，1909 年坡印廷提出了一種假設(shè)，波束在傳播中除了線性動量，可能還攜帶有角動量[1]。1936 年，Beth 通過晶片觀察到波束角動量的變化，證明了波束有自旋角動量[2]。1943 年，Humblet將角動量分解成軌道角動量（OAM）和自旋角動量（SAM）并把它應(yīng)用到了相關(guān)遠場的研究中[23]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 薄斌;門克內(nèi)木樂;趙建林;程明;杜娟;寧安琪;;用反射式純相位液晶空間光調(diào)制器產(chǎn)生渦旋光束[J];光電子.激光;2012年01期

本文編號：2722587