《微波集成OAM波束產生、傳輸及抗衰落研究》是依託雲南大學，由黃銘擔任負責人的國家自然科學基金專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：微波集成OAM波束產生、傳輸及抗衰落研究
- 負責人：黃銘
- 依託單位：雲南大學
- 項目類型：專項基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
具有軌道角動量(OAM)的拉蓋爾-高斯波束可以構成無窮維希爾伯特空間，因此，理論上相同的載頻下利用OAM復用可獲得無窮的傳輸能力。而如何產生具有任意模式數的渦旋波束，是研究渦旋波束與傳播環境、氣候條件和干擾相互作用的前提，是實現OAM高效復用傳輸的關鍵。回音壁(WG)模是一種形態依賴的諧振模式，是實現自由空間光OAM復用的核心技術之一。最近我們發現，若將褶皺金屬結構彎曲形成閉環，則能夠形成類表面WG模，有望在微波頻段產生高模式數渦旋波束，實現微波集成OAM復用，提高無線電頻譜利用率。因此，本項目擬研究類表面WG模產生機理和激勵方法，以及基於類表面WG模產生微波集成渦旋波束的機理和OAM復用傳輸原理，結合微帶技術設計基於褶皺金屬環形諧振器的微波集成OAM收發器，並在雲南省特殊的地理環境和氣候條件下進行傳輸實驗，解決共性基礎理論和關鍵技術問題，促進微波集成OAM復用的基礎理論和套用研究。
結題摘要
本項目研究了類表面電漿激元現象、激勵方法及類表面WG模的產生和OAM復用傳輸原理，並以微帶平面電路技術為基礎，研製微波集成 OAM收發器原型；進行了OAM傳輸模擬和測試，研究了信道衰落對OAM傳輸的影響，並探索了抗信道衰落的方法。詳述如下：①基於模式展開理論，研究了褶皺金屬結構模型及其諧振性能，設計了雙T型周期陣列結構環形諧振器模型，採用微帶傳輸線激勵獲得了類表面WG模，為基於表面回音壁模產生OAM波束奠定了基礎。②研究了平面結構產生OAM的方法，設計了一種工作在X波段的寬頻多模軌道角動量天線，由旋轉排列的三角形均勻圓陣列及饋電網路組成，天線的-10dB頻寬範圍為9.33GHz～10.37GHz，達到1.04GHz，總的效率為52%；在圓形貼片天線上加入幾何微擾，得到了一種橢圓形微帶貼片結構，並實現在單個饋電點情況下產生模式為2的OAM螺旋波束，對橢圓微帶貼片天線的接收特性進行仿真，在此基礎上設計了天線原型，並採用軟體無線電模組USRP搭建了無線OAM傳輸系統。③研究了石墨烯表面電漿激元的傳輸特性，並基於石墨烯進行OAM天線的設計。結果表明，當化學勢為1meV時，石墨烯的阻抗非常高，可達到105Ω/m，偶極子天線能夠正常工作；而當化學勢等於0.5eV時，石墨烯薄膜的阻抗僅為5.7Ω/m輻射很弱，天線的工作狀態處於關閉狀態，天線的輻射特性可以通過改變化學勢進行調節。④研究了射頻圓環諧振器產生的軌道角動量的原理，並提出了基於阿基米德螺旋線產生寬頻OAM的方法，設計了單臂、多臂和緊湊型多臂螺旋天線，並通過理論分析進行了證實。結果表明，設計的雙臂螺旋天線在1.16-9.13GHz範圍內具有優良的阻抗匹配特性。⑤分別建立了AWGN信道和多徑信道下的OAM傳輸系統模型，通過仿真驗證了信道特性和信道衰落對OAM傳輸的影響，分析了OAM復用傳輸系統的性能，驗證了OAM模式的正交性、安全性，以及高效利用頻譜的原理。研究了無線電監測和電磁頻譜安全問題，開發了譜感測節點和相關技術，實現了科技成果轉化。
