基于圓環(huán)陣列的渦旋電磁波產(chǎn)生方法研究.pdf

1、渦旋電磁波是一種攜帶軌道角動(dòng)量的電磁波，它具有獨(dú)特的傳播特性，在雷達(dá)探測(cè)和通信領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用背景。渦旋電磁波的產(chǎn)生方法主要有三種：反射移相、透射移相和陣列天線。其中反射移相和透射移相雖然方法簡單，但是人為難以調(diào)控，而基于陣列天線的產(chǎn)生方法可以通過控制天線單元的饋電相位實(shí)現(xiàn)不同模式的渦旋電磁波的產(chǎn)生。本文主要研究基于圓環(huán)陣列的渦旋電磁波產(chǎn)生方法。
　　首先，本文求解了渦旋電磁波場(chǎng)解的解析表達(dá)式，并且研究了渦旋電磁波的傳播特性。接

2、著，本文分析了采用單環(huán)圓陣產(chǎn)生渦旋電磁波。通過理論推導(dǎo)證明了圓環(huán)陣列能夠產(chǎn)生渦旋電磁波，并且通過仿真重點(diǎn)分析了陣列結(jié)構(gòu)的參數(shù)對(duì)渦旋電磁波渦旋特性的影響。最后根據(jù)之前分析的結(jié)論設(shè)計(jì)了一種單環(huán)圓陣結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅具有良好的遠(yuǎn)場(chǎng)特性，其零深區(qū)域僅有16，零深深度為-22dB，而且可以實(shí)現(xiàn)模式數(shù)純度高的多種模式數(shù)的渦旋電磁波的產(chǎn)生。
　　其次，本文分析了采用多環(huán)圓陣產(chǎn)生渦旋電磁波。針對(duì)采用單環(huán)圓陣產(chǎn)生的渦旋電磁波會(huì)出現(xiàn)零深區(qū)域過大和副瓣較

3、高的問題，本文提出了采用多環(huán)圓陣來減小零深區(qū)域，并通過幅度加權(quán)來實(shí)現(xiàn)降低副瓣。通過仿真發(fā)現(xiàn)，采用泰勒分布不僅使零深區(qū)域減小到12°，而且使得副瓣降低到-16dB。
　　然后，通過實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了本文的結(jié)論。其中為滿足天線單元所需要的幅度相位要求，本文采用基于DDS的多通道射頻移相網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)幅度相位的精確控制，提高了產(chǎn)生的渦旋電磁波的質(zhì)量。之后分別測(cè)量了遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和相位分布，測(cè)量結(jié)果與仿真吻合較好。
　　最后，對(duì)全文