[发明专利]一种调整OAM波束指向的方法及发射机结构

权利要求书

1.一种调整OAM波束指向的方法，其用于基于UCA的OAM通信系统且仅适用于在一维线性方向对OAM波束进行偏转，其特征在于，包括：

步骤S1：根据OAM波束的目标偏转角度、目标通信距离和发射的天线阵元的数目确定发射机结构的各个天线阵元的位置；天线阵元均设置在发射平面上，且天线阵元的阵列在偏斜波束的正截面上的投影是UCA阵列；

步骤S2：确定对各个天线阵元的相位调整值和幅度增益调整因子，并在发射机结构发射OAM波束的同时对各个天线阵元所发射的信号的相位和幅度进行用于波束偏转的调整，从而调整OAM波束的指向。

2.根据权利要求1所述的调整OAM波束指向的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S11：根据目标通信距离确定偏斜的OAM波束的正截面上的UCA的半径；

步骤S12：以OAM波束的正截面上的UCA的半径作为发射平面上的椭圆的短轴长度，根据OAM波束的目标偏转角度确定发射平面上的椭圆的长轴长度；

步骤S13：根据发射的天线阵元的数目，确定各个天线阵元在所述椭圆的圆周上的位置。

3.根据权利要求2所述的调整OAM波束指向的方法，其特征在于，在所述步骤S11中，OAM波束的正截面上的UCA的半径b为：

其中，b为OAM波束的正截面γ上的UCA的半径，λ为载波波长，d_R为UCA的瑞利距离，d_UCA为收发UCA的目标通信距离；

在所述步骤S12中，发射平面上的椭圆的长轴长度a通过以下公式计算：

b＝acos(θ)，

其中，b为发射平面xoy上的椭圆的短轴长度，a为发射平面xoy上的椭圆的长轴长度，θ为目标偏转角度。

4.根据权利要求2所述的调整OAM波束指向的方法，其特征在于，所述步骤S13包括：选定发射的天线阵元的数目N，先将各个天线阵元的投影均匀部署到OAM波束的正截面γ的圆的圆周上，再将各个天线阵元的投影映射到平面椭圆上，得到各个天线阵元在所述椭圆的圆周上的位置。

5.根据权利要求1所述的调整OAM波束指向的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

步骤S21：根据目标偏转角度和天线阵元的位置确定对各个天线阵元的相位调整值，并在发射机结构发射OAM波束时根据所述相位调整值来调整各个天线阵元的信号的延迟发射时间；

步骤S22：根据目标偏转角度和天线阵元的位置确定对各个天线阵元的幅度增益调整因子，并在发射机结构发射OAM波束时根据所述相位调整值来调整各个天线阵元的信号的幅度。

6.根据权利要求5所述的调整OAM波束指向的方法，其特征在于，在所述步骤S21中，利用真时延移相器来调整各个天线阵元的信号的延迟发射时间τ(n)；各个天线阵元的信号的延迟发射时间τ(n)为：

其中，τ(n)为n号天线阵元的信号发射时间；λ为载波波长，θ为目标偏转角度，c是光速，x(n)为n号天线阵元的x轴方向上的坐标值，为n号天线阵元的相位调整值，N为天线阵元的总数；

在所述步骤S22中，各个天线阵元的幅度增益调整因子为：

其中，A(n)为n号天线阵元的幅度增益调整因子，d(n)为n号天线阵元的传播距离，d₀为远场的基准传播距离，d_R为瑞利距离，x(n)为n号天线阵元在x轴方向上的坐标值，θ为目标偏转角度，N为天线阵元的总数。

7.根据权利要求1所述的调整OAM波束指向的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过对各个天线阵元所发射的信号进行用于生成OAM波束的相位调整，来使得发射机结构发射OAM波束；对各个天线阵元的信号所进行的用于生成OAM波束的相位调整值为：

其中，是对n号天线阵元的信号所进行的用于生成OAM波束的相位调整值，l是OAM的模态，n为天线阵元的序数，N为天线阵元的总数。