平面螺旋軌道角動量電磁波及其套用研究

《平面螺旋軌道角動量電磁波及其套用研究》是依託浙江大學，由鄭史烈擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：平面螺旋軌道角動量電磁波及其套用研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：鄭史烈
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目提出一種新的攜帶電磁軌道角動量波束的存在形式——平面螺旋軌道角動量電磁波，該電磁波沿徑向方向傳播，相位呈螺線分布，其相位奇點在中心天線位置，可解決遠場暗區問題，而且不同拓樸荷值的平面螺旋軌道角動量波束可復用沿同方向傳播。因此，平面螺旋軌道角動量波更符合射頻波段的套用實際，其獨特的波束特性在定位、測速、成像等電磁感知領域具有很大的潛在套用。本項目研究平面螺旋軌道角動量電磁波的基本特性和基於環形諧振腔縫隙行波天線的波束形成，並探索其在射頻波段的套用，發展電磁感知的新概念、新原理和新技術。項目重點圍繞平面螺旋軌道角動量電磁波，以環形行波天線為切入點，理論分析、技術實現和套用探索相結合，著力解決一些關鍵理論與技術問題。項目工作將為電磁軌道角動量研究提供了一個新的思維，以期充分利用軌道角動量這一尚未開發的電磁波參數資源，為未來射頻波段電磁軌道角動量的套用提供基本原理和基礎技術儲備。

結題摘要

電磁波軌道角動量（OAM）可為電磁波的套用提供新的物理參數維度，近年來吸引了國內外研究者的廣泛關注。傳統OAM波束中心是相位奇點，中心暗區隨著距離不斷增大，而且不同模態發散角不一致，這些問題嚴重限制了其套用。本項目提出一種特殊的OAM波束——平面螺旋OAM波束，系統研究了這種OAM波束的基本特性；探明了波束的產生方法，在環形行波天線的理論知道下，設計完成了多種不同結構的平面螺旋OAM天線，從理論和實驗上驗證了這種OAM波束的獨特優點。這類OAM波束具有傳統OAM波束的基本特性，相位呈螺線分布；但其沿徑向傳播，相位奇點在天線位置，有效解決了傳統OAM遠場暗區、模態發散角不一致等問題。項目探索了平面螺旋OAM在MIMO通信、測速和計算成像中的潛在套用，提出了實用的套用場景，充分挖掘其優勢，完成預期研究計畫，為OAM這一特性的套用提供了新的思路。此外，項目提出了一種基於平面螺旋OAM波構建結構電磁波的新方法，拓展了平面螺旋OAM的預期套用。利用多模平面螺旋OAM波束理論上可以構建任意複雜相位和幅度分布的空間結構化波束。通過理論和實驗研究發現，這種空間結構化的電磁波不但保留傳統OAM波束固有的渦旋性和正交性，而且可實現波束定向和方位角向無畸變掃描。這種獨特的定向渦旋波束可充分解決傳統OAM波束中存在的固有缺點。項目基於多模平面螺旋OAM天線實現了結構電磁波的產生和掃描，並探索了這種幅相可精確控制的獨特波束在傳統電磁領域的新套用。這種結構電磁波理論上可解決目前OAM波束所面臨的套用瓶頸，下一階段可充分發掘其在通信、定位以及感測領域的潛在套用。