[发明专利]一种连续多拓扑荷数涡旋电磁波产生系统及方法

说明书

本发明公开了一种连续多拓扑荷数涡旋电磁波产生系统及方法。本发明采用两个信号源提供本地振荡器(LO)信号和中频(IF)信号，在本振信号这一路添加延迟线，通过设置延迟线的不同长度，以得到一定的相位偏移。为得到恒定的发射频率，将外差混频器加入到每一个天线单元中，使得出现在每个天线单元上的射频(RF)发射信号是中频(IF)信号和本地振荡器(LO)信号混频的结果；在天线单元部分，本发明将天线单元排布成圆形，将通过移相网络得到的具有相位偏移且频率恒定的信号馈送到各个天线单元上，使其产生涡旋电磁波，并且能够通过改变本振信号的频率使其产生连续拓扑荷数的涡旋电磁波。

技术领域

本发明涉及电磁波领域，具体涉及一种连续多拓扑荷数涡旋电磁波产生系统及方法。

背景技术

随着无线通信技术的日益发展，信道容量和频谱利用率已经趋近于香农极限，因此难以完全满足网络容量和通信安全。为了增加信息传输容量，提高频谱效率，并建立一个可靠性高、安全性好的通信网络，轨道角动量(OAM)技术被加以利用。天线阵列是产生OAM波束的典型方法，其中应对每一个阵列单元馈以一定的相位偏移，这能使OAM波束绕波的传输轴线旋转，旋转一周，即模式数l＝1，相位增加2π，通过控制馈电相位差来得到不同的OAM模态。

传统的相控阵天线是通过移相器来控制相位延迟，然而，采用移相器来控制阵列单元之间的相位偏移，会导致单个天线单元的成本和复杂性较高，因此开销较大，不利于大型阵列天线的制造。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种连续多拓扑荷数涡旋电磁波产生系统及方法解决了现有相控阵天线通过移相器来控制相位延迟使得成本和复杂性高的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种连续多拓扑荷数涡旋电磁波产生系统，其包括本地振荡器信号源和中频信号源；所述本地振荡器信号源的输出端通过M根延迟线分别与M个外差混频器的输入端相连接；每个外差混频器的另一个输入端分别与中频信号源相连接；每个外差混频器的输出端分别连接一个天线单元，M个天线单元等间距排列为圆形。

提供一种连续多拓扑荷数涡旋电磁波产生方法，其包括以下步骤：

S1、分别获取中频信号源的中频信号和本地振荡器信号源的本振信号；

S2、确定天线单元数量和初始涡旋电磁波模式数，获取进入每个外差混频器的本振信号的相移量，进而获取每根延迟线的长度，并通过延迟线将外差混频器与本地振荡器信号源相连接；

S3、通过外差混频器将进入其内的本振信号和中频信号进行混频，得到混频后的信号；

S4、通过天线单元将每个混频后的信号进行发射，完成涡旋电磁波的产生；

S5、通过改变本振信号的频率，得到连续拓扑荷数的涡旋电磁波。

进一步地，步骤S2中获取进入每个外差混频器的本振信号的相移量的具体方法为：

根据公式：

获取进入第m个外差混频器的本振信号的相移量Δφ_m；其中l为初始涡旋电磁波模式数；π为圆周率。

进一步地，步骤S2中获取每根延迟线的长度的具体方法为：

根据公式：

获取第m根延迟线的长度l_m；其中Δφ_m为进入第m个外差混频器的本振信号的相移量；ω_m为进入第m根延迟线的本振信号的角频率；ε_m为第m根延迟线的介电常数；μ_m为第m根延迟线的磁导率。