林屹峰¹,
单明明¹,
孔旭东¹,
冯强^{1, 2},
李龙^{1, 2,,}
1.西安电子科技大学超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室 西安 710071
2.人工智能与数字经济广东省实验室智能超材料中心 广州 510330
基金项目:国家重点研发计划(2018YFA**263)

详细信息

作者简介:林屹峰(1996–)，男，广西人，西安电子科技大学电子工程学院在读硕士研究生。研究方向为阵列天线设计，电磁超表面理论与应用以及轨道角动量在无线通信中的应用
单明明(1997–)，女，江苏人，西安电子科技大学电子工程学院在读硕士研究生。研究方向为电磁超表面理论与设计，以及轨道角动量在无线通信中的应用
孔旭东(1997–)，男，甘肃人，西安电子科技大学电子工程学院在读硕士研究生。研究方向为有源反射超表面设计以及全息超表面设计
冯强：冯　强(1992–)，男，陕西人，博士，西安电子科技大学电子工程学院讲师。研究方向为电磁超材料理论与应用，阵列天线理论与设计，阵列信号处理，以及轨道角动量在无线通信中的应用
李龙：李　龙(1977–)，男，贵州人，博士，西安电子科技大学教授，博士生导师，教育部********，新世纪优秀人才，陕西省****基金、陕西青年科技奖获得者。主要研究方向为智能超材料、超材料天线与微波器件、无线能量传输与收集

通讯作者:李龙 lilong@mail.xidian.edu.cn

责任主编：沙威 Corresponding Editor: SHA Wei
中图分类号:TN95

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出版历程

收稿日期:2021-07-01
修回日期:2021-08-28
网络出版日期:2021-09-07
刊出日期:2021-10-28

Orbital Angular Momentum Anti-interference Properties Analysis of Electromagnetic Vortex Wave

LIN Yifeng¹,
SHAN Mingming¹,
KONG Xudong¹,
FENG Qiang^{1, 2},
LI Long^{1, 2,,}
1. Key Laboratory of High Speed Circuit Design and EMC of Ministry of Education, Xidian University, Xi’an 710071, China
2. Intelligent Metamaterial Center, Pazhou Lab, Guangzhou 510330, China
Funds:National Key R&D Program of China (2018YFA**263)

More Information

Corresponding author:LI Long, lilong@mail.xidian.edu.cn

摘要
摘要:鉴于涡旋电磁波所体现出的独特空间电磁场分布特征，以及其携带的轨道角动量(OAM)在理论上所具有的无穷维度模态正交特性，涡旋电磁波在无线通信领域和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力。该文主要从涡旋电磁波空间电磁场分布的角度以及OAM模态正交性保持的角度，重点对涡旋电磁波射频收发链路中OAM模态的抗干扰性能进行分析。在C波段分别设计了不同的平面阵列天线用来产生和接收携带有OAM模态为$\ell = + 1$和$\ell = - 2$的涡旋电磁波束，并建立起涡旋电磁波的射频收发链路。通过引入一个喇叭天线作为干扰源，以相应涡旋电磁波束的OAM模态谱分布以及OAM模态正交性作为主要的分析依据，在不同干扰场景下抗干扰性对涡旋电磁波的收发射频链路的OAM模态性能进行仿真和分析。该文对设计的天线模型进行加工和测试，对涡旋电磁波射频收发链路中OAM模态抗干扰性能的分析，可以为涡旋电磁波在无线通信及雷达探测与成像等有关研究领域提供一些前瞻性的探索和设计上的指导。
关键词:涡旋电磁波/
轨道角动量(OAM)/
阵列天线/
OAM模态抗干扰/
OAM射频收发链路/
OAM模态谱
Abstract:The electromagnetic vortex wave has demonstrated excellent research value with potential applications in the fields of wireless communication and radar detection and imaging due to its unusual electromagnetic field distribution and theoretically infinite orthogonal Orbital Angular Momentum (OAM) modes. This study analyzes the anti-interference performance of OAM modes in the electromagnetic vortex Radio Frequency (RF) transceiver link primarily from the perspective of the electromagnetic vortex field distributions in space and the OAM modes orthogonality. Planar antenna arrays are designed to generate the electromagnetic vortex beams with respective OAM modes of and in the C band, and the corresponding RF transceiver links are established. The OAM modes’ anti-interference properties under different interference situations are analyzed in the electromagnetic vortex RF transceiver link by using a horn antenna as the interference source. Meanwhile, the corresponding OAM mode spectrum and the OAM modes’ orthogonality are employed as the primary methods in our analysis. Finally, the designed antenna models are fabricated, and the electromagnetic vortex RF transceiver links are measured. The corresponding analyses and conclusions are presented in this study. The OAM modes’ anti-interference performance analysis in the vortex electromagnetic wave’s RF transceiver link can provide a reference for exploring and designing a vortex electromagnetic wave in wireless communication and radar detection and imaging research.
Key words:Electromagnetic vortex wave/
Orbital Angular Momentum (OAM)/
Antenna array/
OAM modes ant-interference/
OAM RF transceiver link/
OAM mode spectrum



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