涡旋电磁波无线通信技术的研究进展

摘要

由电磁动力学可知,电磁波可携带与极化方式相关的自旋角动量(Spin Angular Momentum,SAM)和与坡印廷矢量运动方式相关的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM).当OAM不为零时,电磁波的波前电场分布呈漩涡状且具有沿轴向传播的特性,人们形象地将这类电磁波称为涡旋电磁波.学界在平面电磁波场强数学模型的基础上引入了一个以OAM的拓扑荷l(又称模态)为参数的傅里叶旋转因子描述涡旋电磁波的波前场,因此,涡旋电磁波波前具有与拓扑荷l相关联的"极化"图案,利用不同模态的涡旋电磁波的极化图案可进一步提升无线通信系统信道容量.研究表明,在开放环境下由均匀圆阵列(Uniform Circular Array,UCA)阵列产生"平面"涡旋电磁波波束尽管可行,但要获得模态复用增益,需要探索基于复平面内单位圆周上分布的正交相位序列的涡旋电磁波波束产生与信息传输方法.文中也调研了无线射频领域OAM与MIMO体制相兼容的研究现状.