電磁波渦旋是微波領域內新興的前沿研究熱點之一,其以螺旋狀等相面著稱,自提出以后受到了廣泛的關注和研究。電磁波渦旋特有的軌道角動量（Orbital angular momentum,OAM）的模式正交性和其豐富的相位特性,為無線通信和雷達探測體制提供了新的思路。通信方面,利用OAM模式間的正交性,可以在不占用頻譜資源的基礎上極大地提高通信的傳輸速度;雷達方面,利用電磁波渦旋在不同方向上的相位差異可以進一步提高目標的識別分辨率,獲取更多的目標特性信息。本文針對電磁波渦旋應用如渦旋通信和渦旋雷達應用中存在的技術性問題,進行了理論推導分析和方法研究,提出了圓形陣列生成OAM的方法、電磁渦旋掃描技術、渦旋雷達超分辨算法以及基片集成波導槽狀結構波束窄化技術,通過仿真和實驗驗證了所提方法的有效性和可行性。針對均勻圓形天線陣列（Uniform circular array,UCA）中部分工作單元失效的情況,推導了任意圓形陣列波函數(shù)的數(shù)學表達式,評估了單元失效對OAM模產生的影響。理論分析表明,由于其他雜模的引進破壞了主模的正交性,均勻圓形陣列殘陣產生OAM模時存在失真效應�；诶碚摻Y果,本文采用了正交... 

【文章來源】：國防科技大學湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

具有1階軌道角動量的渦旋場分布

模態(tài)0模態(tài)1圖1.3 不同極化的不同軌道角動量模態(tài)的相位分布具有軌道角動量的光束渦旋具有以下的幾個重要的特性：(1)存在相位奇點[22]，且在該位置光場強機會為零，相位呈現(xiàn)不確定性。利用渦旋光束的中空相位奇點結構，其可被理解為“勢管”，并用來實現(xiàn)對超冷原子的束縛[23]。(2)等相面關于相位奇點所在的軸上呈現(xiàn)螺旋狀。且不同軌道角動量模式，其渦旋的形狀不相同。這與傳統(tǒng)的平面波等相面為一個平面是截然不同的。不同軌道角動量模態(tài)的光束具有相互的正交性。通過在同一頻率上調制不同且相互正交模態(tài)的渦旋光束可實現(xiàn)對軌道角動量的復用[24][25]，在接收端可以通過一組濾波器實現(xiàn)不同模態(tài)的解調，進而提高無線通信的傳輸速率。這也是渦旋光束目前被廣泛研究的重點之一。(3)光學渦旋作為信息載體具有良好的安全性，這主要是因為軌道角動量的模態(tài)是基于空間的整體分布，且模態(tài)和方位角有不確定的關系[26]。只有實現(xiàn)收發(fā)端嚴格對準

第 3 頁一點的極化特性可以保持一致，但相位分布呈現(xiàn)不同的螺旋狀特。圖1.2 圓極化和軌道角動量的區(qū)別模態(tài)0模態(tài)1圖1.3 不同極化的不同軌道角動量模態(tài)的相位分布具有軌道角動量的光束渦旋具有以下的幾個重要的特性：(1)存在相位奇點[22]，且在該位置光場強機會為零，相位呈現(xiàn)不確定性。利用渦旋光束的中空相位奇點結構，其可被理解為“勢管”，并用來實現(xiàn)對超冷原子的束縛[23]。(2)等相面關于相位奇點所在的軸上呈現(xiàn)螺旋狀。且不同軌道角動量模式，其渦旋的形狀不相同。這與傳統(tǒng)的平面波等相面為一個平面是截然不同的。不同軌道角動量模態(tài)的光束具有相互的正交性。通過在同一頻率上調制不同且相互正交模態(tài)的渦旋光束可實現(xiàn)對軌道角動量的復用[24][25]，在接收端可以通過一組濾波器實現(xiàn)不同模態(tài)的解調，進而提高無線通信的傳輸速率。這也是渦旋光束目前被廣泛研究的重點之一。(3)光學渦旋作為信息載體具有良好的安全性，這主要是因為軌道角動量的模態(tài)是基于空間的整體分布，且模態(tài)和方位角有不確定的關系[26]。只有實現(xiàn)收發(fā)端嚴格對準


本文編號：2995371