【技术实现步骤摘要】
基于时间调制同心圆环阵列的涡旋波产生与优化方法
本专利技术属于阵列天线
，特别涉及利用时间调制方式控制同心圆环阵列的相位激励，实现多模态涡旋电磁波的产生，可用于大规模天线阵列设计和轨道角动量(OAM)无线通信系统。
技术介绍
随着无线通信技术的发展以及移动终端的普及，无线业务呈现爆炸式的增长趋势，给有限的频谱资源带来严峻的挑战。为缓解频谱资源紧张与无线业务需求快速增长的矛盾，各种无线通信技术应用而生，其中，携带轨道角动量的涡旋电磁波技术受到众多学者的关注。涡旋电磁波不同于普通电磁波，由于携带了OAM模态，其等相位面不再是平面，而是表现为螺旋状的结构，并且相位波前中心处的场强为零。若将OAM作为信息传输的载体，相当于为现有的无线通信系统增加了一个新的自由度，由于理论上无限模态的存在以及不同模态之间相互正交，在同一载波频率利用OAM电磁涡旋技术能大幅提高系统容量和频谱利用率，同时也能够缓解当今频谱资源短缺的问题。目前产生涡旋电磁波的方法主要包括三类：透射移相、反射移相以及阵列天线。透射移相法利用电磁波在介质中的介电常数与空气中的不同，通过控制介质基板的厚度来实现...
【技术保护点】
1.基于时间调制同心圆环阵列的涡旋波产生与优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：第一步，配置同心圆环阵列；同心圆环阵列由多个具有相同圆心不同半径的单层圆环构成，每层圆环之间的间隔固定，每环上的阵元呈均匀分布，并为每一个阵元接入一个周期性工作的高速射频开关；第二步，设计开关时序；由于该阵列中的每个阵元都接入了一个高速的射频开关，利用这种射频开关周期性地控制各个阵元的工作状态；通过控制每个阵元的接通起始时间和接通持续时间，合成期望的辐射方向图；第三步，激励信号幅值优化；为了得到较低的旁瓣电平，采用粒子群算法对该阵列进行优化，设定每一环的激励信号幅值Im为待优化参数，根据旁瓣...
【技术特征摘要】
1.基于时间调制同心圆环阵列的涡旋波产生与优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：第一步，配置同心圆环阵列；同心圆环阵列由多个具有相同圆心不同半径的单层圆环构成，每层圆环之间的间隔固定，每环上的阵元呈均匀分布，并为每一个阵元接入一个周期性工作的高速射频开关；第二步，设计开关时序；由于该阵列中的每个阵元都接入了一个高速的射频开关，利用这种射频开关周期性地控制各个阵元的工作状态；通过控制每个阵元的接通起始时间和接通持续时间，合成期望的辐射方向图；第三步，激励信号幅值优化；为了得到较低的旁瓣电平，采用粒子群算法对该阵列进行优化，设定每一环的激励信号幅值Im为待优化参数，根据旁瓣电平值定义目标函数，按照粒算法步骤得到优化后的每环幅度激励，在该激励下阵列产生的波束旁瓣较低。2.根据权利要求1所述的基于时间调制同心圆环阵列的涡旋波产生与优化方法，其特征在于：在所述第一步中，同心圆环阵列由M个具有相同圆心不同半径的单层圆环构成，第m环的半径设定为am＝(1+0.5m),m＝1,2,…,M；各层圆环上相邻两个阵元的间隔为λ/2，λ是阵元的工作波长；根据圆环半径和阵元间隔可以得到每一环的阵元数目表示向下取整；为每一个阵元接入一个周期性工作的高速射频开关，则该阵列的辐射方向图表示为：式中，f0表示阵元的中心频率；k表示波数，k＝2π/λ；θ表示俯仰角，φ表示方位角，φmn表示第m环第n个阵元与x轴正向的夹角，φmn＝2π(n-1)/Nm；Im表示第m环的激励信号的幅值；Um(t)是一个的周期性调制函数，表示第m环第n个阵元的工作状态。3.根据权利要求2所述的基于时间调制同心圆环阵列的涡旋波产生与优化方法，其特征在于：在所述第二步中，假设每个阵元仅在给定的时间内周期性的接通，第m环第n个射频开关上的调制信号Um...
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