基于平面相控阵的轨道角动量涡旋电磁波扫描特性

摘要

轨道角动量涡旋电磁波可以在物理层面为信息的调制提供新的维度,这在无线通信和雷达成像领域中拥有很大的应用前景.将相控阵波束扫描技术应用于涡旋电磁波,可用于增加涡旋电磁通信的覆盖范围,也可用于扩大涡旋雷达的探测空域.首先,本文讨论了涡旋电磁波束偏转的实现原理,并给出了实现波束扫描时平面相控阵口径上所需的相位分布公式.其次,考虑到相控阵天线在波束扫描以及轨道角动量模式可重构方面的独特优势,设计并制作了一款阵面规模为8×8的平面相控阵,并在10 GHz频率下实验验证了轨道角动量涡旋电磁波的波束扫描和模式可重构效果.最后,本文讨论并分析了涡旋电磁波束偏转后的性能变化.仿真和实验结果显示,平面相控阵在大角度波束扫描时会发生方向图畸变的问题.同时,本文还研究了涡旋电磁波的模式纯度关于波束偏转角度和模式数的变化情况.本文的研究结果表明,使用平面相控阵天线在一定空域内可以有效地实现涡旋电磁波束扫描,并可为涡旋电磁波通信和涡旋雷达提供参考借鉴.