一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法技术

本发明专利技术属于移动通信技术领域，公开了一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法，由于OAM电磁波具有特殊的螺旋相位波前结构，且电场强度在空间分布不均匀，因此为了有效地接收OAM电磁波，有必要获得OAM电磁波的最佳接收区域。本发明专利技术利用天线阵列结构求得各个分量的电场，并最大化合场强，再获得不同传输距离、不同模态值下的最佳接收区域；拟合出传输距离、模态值与最佳接收区域之间的函数关系式，同时求得最佳区域处轴比的幅相映射表格。因此在实际应用中，可以通过计算函数关系式或测得轴比的幅相值后再通过查找轴比的幅相映射表格来确定接收天线的最佳区域，该方法避免了繁琐的公式推导和复杂的计算过程。

A method for determining the optimum receiving area of multimode OAM electromagnetic wave

The invention belongs to the technical field of mobile communication and discloses a method for determining the multimode OAM electromagnetic wave the best receiving area, due to the OAM electromagnetic wave with helical phase wavefront with special structure, and the electric field intensity in the space distribution is not uniform, so in order to effectively receive OAM electromagnetic wave, it is necessary to obtain the best receiving area of OAM electromagnetic wave. The invention uses electric field antenna array structure to achieve the various components, and combined field to obtain different transmission distance and different modal values under the best reception area; fitting mode transmission distance and the function relation between the optimal value and the receiving area, and obtain the optimal area at the axial ratio of the amplitude and phase mapping table. Therefore, in practical applications, we can calculate the function relation or measure the amplitude and phase values of the axial ratio, and then find the best area of the receiving antenna by finding the amplitude and phase mapping table of the axial ratio. This method avoids the complicated formula derivation and the complex calculation process.

【技术实现步骤摘要】
一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法
本专利技术属于移动通信
，尤其涉及一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法。
技术介绍
随着无线通信技术的蓬勃发展，频谱利用率和系统容量已经趋近香农极限，因此需要新的技术来提高频谱利用率和系统容量，在这一前提下，由于OAM理论上具有无限的相互正交的模态，因而可以将OAM作为除了时间、频率、码字以外的一种新的物理复用维度，利用这些正交的状态传输信息，就有望大幅度提高通信系统的容量和效率。现在，关于OAM电磁波的产生与发射、传输特性方面的研究已经有很多，但是对涡旋电磁波的接收这方面的研究还比较少。又由于OAM电磁波具有特殊的螺旋相位波前结构，且电场强度在空间分布不均匀，因此为了有效地接收OAM电磁波，有必要研究OAM电磁波的最佳接收区域。综上所述，由于OAM电磁波的非零波束角和能量的发散，所以当进行长距离传输时，OAM电磁波的信息在空间上很难被有效地接收到。又由于毫米波天线的波束较窄、旁瓣较低，因此可以将OAM电磁波应用在毫米波频段来解决波束的发散问题。综上所述，现有技术存在的问题是：有关确定OAM电磁波的最佳接收区域方法的研究较少，大部分学者只针对在假设已经获知最佳接收区域后进行分离、检测多个模态进行了研究。有少数学者研究了空间上的短距离下或者模态值较小的OAM电磁波的接收，它并不适用于较长的传输距离或较大的模态值。因此，如何找到较长传输距离下的、携带多个不同模态值的OAM电磁波最佳接收区域的方法是现有技术存在的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法。本专利技术是这样实现的，一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法，其特征在于，所述的多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法为了得到某天线形态下，某模态值和传输距离条件下的OAM电磁波最佳接收区域，可通过计算拟合出的函数关系式或者在先测得的幅度和相位值的条件下，再通过查找最佳接收区域处的的幅相映射表格得到不同模态值、不同传输距离下的OAM电磁波的最佳接收区域。进一步，所述的多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法包括以下步骤：步骤一，根据一种天线阵列数学模型，得到电磁场的各分量的电场表达式，再求得各个电场分量的合场强，然后最大化合场强，最后求得某一模态值、某一传输距离下的最佳接收区域；步骤二，设置不同模态值、不同的传输距离参数，求得不同模态值、不同传输距离下的最佳的接收区域，并拟合出模态值、传输距离与最佳接收区域的函数关系式；步骤三，根据轴比公式得到最佳接收区域处的轴比η的幅相映射表格；步骤四，在实际应用中，通过计算函数关系式或测得轴比的幅相值后再通过查找轴比的幅相映射表格来确定OAM电磁波的最佳接收区域。进一步，所述多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法具体包括：在实际应用中，有多种天线结构可以产生多模OAM电磁波，以环形行波天线为例；环形行波天线沿环形圆周的相位分布为其中l称为相位分布参数，轨道角动量模态值；为电磁场方位角；环形行波天线位于x-y平面、半径为a、由恒定电流I0进行馈电，同时环上的相位分布为当天线上的电流分布为时，那么矢量势表示为：对于球坐标下的P点坐标为对应的在柱坐标下的坐标为对于环形天线，将其无限小的等效为偶极子模型，对相位来说对幅度来说|r-r'|≈r，因此矢量势近似表示为：那么根据：柱坐标下的电场分量表示为：式中，C＝-j-laI0/2，贝塞尔函数的自变量为kasinθ，其中然后求得电场的柱坐标各个分量的合场强，再求合场强的最大值最后得出某一模态值、某一传输距离下的合场强最大时的最佳的接收区域。进一步，不同的模态值l对应不同的环形行波天线的半径a，两者之间的关系为：a＝lλ/2π，通过改变天线半径参数来产生多模的OAM电磁波；所述多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法改变模态值、传输距离的值，求得不同模态值、不同传输距离下的OAM电磁波的最佳接收区域，再拟合得出模态值、传输距离与最佳接收区域之间的函数关系式。进一步，所述多模OAM电磁波接收区域的确定方法通过拟合出的函数关系式得到不同模态值、不同传输距离下的最佳接收区域，再根据轴比公式得到不同模态值、不同传输距离下的最佳接收区域处的η的幅相映射表格。本专利技术的优点及积极效果为：如需求得某一模态值、某一传输距离下的OAM电磁波的最佳接收区域，只需通过计算拟合出的函数关系式或者在先测得的幅度和相位值的条件下，再通过查找最佳接收区域处的的幅相映射表格就可以得到不同模态值、不同传输距离下的OAM电磁波的最佳接收区域，从而简化了求解OAM电磁波的最佳接收区域的过程，不需要再通过计算和仿真得出OAM电磁波的最佳接收区域，大大减少了计算量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的环形行波天线的数学模型示意图。图3是本专利技术实施例提供的73GHz下模态值为7的涡旋电磁波电场的二维幅度分布图。图4是本专利技术实施例提供的73GHz下模态值为3的涡旋电磁波电场的二维相位分布图。图5是本专利技术实施例提供的传输距离、模态值与最佳接收区域之间的三维图示意图。图6是本专利技术实施例提供的传输距离、模态值与最佳接收区域之间的函数关系式示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法包括以下步骤：S101：根据一种天线阵列数学模型，得到电磁场的各分量的电场表达式，再求得各个电场分量的合场强，然后最大化合场强，最后求得某一模态值、某一传输距离下的最佳接收区域；S102：设置不同模态值、不同的传输距离参数，求得不同模态值、不同传输距离下的最佳的接收区域，并拟合出模态值、传输距离与最佳接收区域的函数关系式；S103：根据轴比公式得到最佳接收区域处的轴比η的幅相映射表格；S104：在实际应用中，通过计算函数关系式或测得轴比的幅相值后再通过查找轴比的幅相映射表格来确定OAM电磁波的最佳接收区域。下面结合附图对本专利技术的应用原理作进一步的描述。如图2所示的环形行波天线数学模型，环形行波天线沿环形圆周的相位分布为其中l称为相位分布参数，亦即轨道角动量模态值，取决于环形天线的结构参数，意味着激励电流的相位一周变化2π的l倍；为电磁场方位角。这种天线被证明可以用来产生携带轨道角动量的微波、毫米波波束。如图2所示，环形行波天线位于x-y平面、半径为a、由恒定电流I0进行馈电，同时保证环上的相位分布为当天线上的电流分布为时，那么矢量势表示为：对于球坐标下的P点坐标为对应的在柱坐标下的坐标为对于环形天线，将其无限小的等效为偶极子模型，对相位来说对幅度来说|r-r'|≈r，因此矢量势近似表示为：那么根据：由于涡旋电磁波的轨道角动量的相位面是沿着z轴动态旋转的，因此其柱坐标下的电场分量可以表示为：式中，C＝-j-laI0/2，贝塞尔函数的自变量为kasinθ，其中从上述推导中可以看出，电场的各个分量中都包含电场的各个分量均携带有轨道角动量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法，其特征在于，所述的多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法为了得到某天线形态下，某模态值和传输距离条件下的OAM电磁波最佳接收区域，可通过计算拟合出的函数关系式或者在先测得

【技术特征摘要】
1.一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法，其特征在于，所述的多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法为了得到某天线形态下，某模态值和传输距离条件下的OAM电磁波最佳接收区域，可通过计算拟合出的函数关系式或者在先测得的幅度和相位值的条件下，再通过查找最佳接收区域处的的幅相映射表格得到不同模态值、不同传输距离下的OAM电磁波的最佳接收区域。2.一种多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法，其特征在于，该多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法包括以下步骤：步骤一，根据一种天线阵列数学模型，得到电磁场的各分量的电场表达式，再求得各个电场分量的合场强；最大化合场强，最后求得某一模态值、某一传输距离下的最佳接收区域；步骤二，设置不同模态值、不同的传输距离参数，求得不同模态值、不同传输距离下的最佳的接收区域，并拟合出模态值、传输距离与最佳接收区域的函数关系式；步骤三，根据轴比公式得到最佳接收区域处的轴比η的幅相映射表格；步骤四，通过计算函数关系式或测得轴比的幅相值后再通过查找轴比的幅相映射表格来确定OAM电磁波的最佳接收区域。3.如权利要求2所述的多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法，其特征在于，所述多模OAM电磁波最佳接收区域的确定方法具体包括：在实际应用中，有多种天线结构可以产生多模OAM电磁波，以环形行波天线为例；环形行波天线沿环形圆周的相位分布为其中l称为相位分布参数，轨道角动量模态值；为电磁场方位角；环形行波天线位于x-y平面、半径为a、由...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阳，张慧慧，庞立华，栾英姿，迟明洁，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61