The invention relates to a method for encoding and decoding of vortex beam and communication module based on metamaterials, the vortex beam encoding the digital signal to realize the communication, including: the establishment of a fixed set of vortex beam mode based in the communication protocol; signal source output digital signal sequence; the digital signal sequence based on RF signal irradiation is carried out dynamic voltage regulation of the metamaterial module that the frequency emitted by the source to the metamaterial module after the superposition of the reflected wave into a plurality of vortex beam mode and transmitted, realize the encoding of digital signal of vortex beam. Through the feeding and level decision of the metamaterial module, the vortex beam is converted into plane wave to realize decoding. Communication is realized by encoding and decoding. The invention realizes large capacity coding, decoding and communication by using smaller size devices, and the difficulty of transmitting and receiving information is low and the amount of information transmitted is large.
【技术实现步骤摘要】
基于超材料模块实现涡旋波束编码、解码及通信的方法
本专利技术涉及通信
,尤其涉及一种基于超材料模块实现涡旋波束编码、解码及通信的方法。
技术介绍
涡旋波束是一类特殊的波束,其波阵面呈螺旋状。理论上,涡旋电磁波束是麦克斯韦方程组的一类特殊波束解,其电磁场表达式为:其中,A(r)为电磁场的振幅,r表示位置矢量,是相位因子,i表示虚数,表示方位角,m称为涡旋束的拓扑荷。不同拓扑荷的涡旋波束之间满足正交关系,因此涡旋波束被越来越多的用于无线通信领域,通过涡旋波束模式编码能够大大提高通信容量。涡旋波束的生成是涡旋波束复用通信应用中的关键环节,涡旋波束的生成依赖于对辐射口面电磁场的幅度相位分布调控,现有涡旋波束生成主要通过螺旋相位片、微带线阵列等方式来实现。螺旋相位片通过介质表面的螺旋形设计来控制出射电磁波角向相位分布,实现某一特定阶数涡旋波束的发射,其发射模数单一,无法满足多模式涡旋波束的生成;微带线阵列的移相通过延迟电路来实现,利用延迟移相网络实现信号的功分和移相,从而控制微带线天线阵列辐射阵元上的幅度和相位分布,其电路负载,器件尺寸大,调控精度低。目前仅有从涡旋波束模式作为载波进行通信的设计思路,利用同一频段内多个涡旋波束模式的复用来提高通信频谱利用率。这种方法主要有以下缺点:1.涡旋波束场分布具有发散的特性,不同模式具有不同的发散角,因此接收时需要用不同半径的天线阵列,在同一时段接收并识别到每一个模式的信息,这在实际操作中可行性比较低;2.多个模式涡旋波束的发射器件采用传统技术实现,器件尺寸比较大,调控精度低,而且只能实现单一模式的调控,如果要实现多个模 ...
【技术保护点】
基于超材料模块实现涡旋波束编码的方法,其特征在于:采用涡旋波束对数字信号进行编码来实现通信,包括以下步骤:步骤S1、在通信协议中确立一组固定的涡旋波束模式基{φ1,φ2,φ3...φN},其中
【技术特征摘要】
1.基于超材料模块实现涡旋波束编码的方法,其特征在于:采用涡旋波束对数字信号进行编码来实现通信,包括以下步骤:步骤S1、在通信协议中确立一组固定的涡旋波束模式基{φ1,φ2,φ3...φN},其中表示第n阶涡旋波束的场分布函数;n=1,2,3,……,N;代表极坐标中的方位角;步骤S2、在每个时钟周期T内,信号源输出N位数字信号序列Sc;步骤S3、基于上述数字信号序列Sc,对超材料模块实施动态电压调控使射频源发出的射频信号Si照射到超材料模块上后将反射波转换为多个涡旋波束模式的叠加态并发射出去,实现涡旋波束对数字信号的编码。2.根据权利要求1所述实现涡旋波束编码的方法,其特征在于:所述步骤S3包括:步骤S301、根据输入的数字信号序列Sc得到每一超材料模块单元的铁电衬底两端所需施加的直流电压Vi;步骤S302、输出直流电压Vi到相应超材料模块单元的馈电层,对超材料模块实施动态电压调控使射频源发出的射频信号Si照射到超材料模块上后将反射波转换为多个涡旋波束模式的叠加态并发射出去,实现涡旋波束对数字信号的编码。3.根据权利要求2所述实现涡旋波束编码的方法,其特征在于:所述步骤S301包括如下子步骤:步骤S3011、根据输入的数字信号序列Sc,得到超材料模块表面反射相位分布An表示相应模式涡旋波束的归一化强度系数,各模式的强度系数与数字信号序列Sc一一对应;步骤S3012、根据超材料模块表面反射相位分布得到每一个相应位置处超材料模块单元表面对应的反射相位所述超材料模块由多个超材料模块单元排列组成;步骤S3013、根据每一模块单元表面对应的反射相位计算得到相应超材料模块单元中铁电材料衬底的介电常数∈fe;步骤S3014、根据每一超材料模块单元中铁电材料衬底的介电常数∈fe,利用铁电材料介电常数∈fe与外加电压V之间的关系∈fe(V),得到所需施加到每个超材料模块单元中铁电材料衬底两端的直流电压Vi。4.根据权利要求3所述实现涡旋波束编码的方法,其特征在于:所述超材料模块单元包括金属谐振单元、馈电单元、铁电材料衬底、接地层...
【专利技术属性】
技术研发人员:李宏强,魏泽勇,李权,武超,
申请(专利权)人:东莞天速通信技术有限公司,东莞微伏光电科技有限公司,
类型:发明
国别省市:广东,44
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