OAM无线通信系统关键技术研究（一）

姓名：陈敏

学号：21011210025

学院：通信工程学院

【嵌牛导读】本文初步介绍了携带轨道角动量(Orbital angular momentum, OAM)的涡旋电磁波

【嵌牛鼻子】轨道角动量，涡旋电磁波

【嵌牛提问】什么是涡旋电磁波？

【嵌牛正文】
随着智能终端设备的普及和自动驾驶应用等新兴业务的爆炸性增长，对无线数据通信速度和传输范围的要求日益提高。为了满足多种应用对高速率的需求，人们正在研究和评估像毫米波、太赫兹这样的高频范围。由于射频频谱资源稀缺，除了开发更多的频率带宽外，人们还探索了提高频谱效率的创新技术，如高级编码技术、认知无线电和大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-output, MIMO)天线技术。但本质上这些技术都是基于普通的平面电磁波提出的，电磁波作为无线数据传输的媒介，如果找到其新的可利用的物理特性应用于无线通信，则可为无线通信技术带来重大变革。
在粒子物理学的特性上，电磁波辐射会使其携带能量和动量。其中动量包括对于线性场的动量P和对于角性场的动量L。角性场动量由两部分组成，分别认为是与极化运动相关的围绕自旋方向运动的自转角力学动量(SAM)和与空间质量分布变化相关的轨道自转角力学动量(OAM)。SAM和OAM之间的关系可以参考电子围绕原子核旋转的模型来解释：电子绕原子核圆周运动产生的动量等同于OAM，电子自旋产生的动量等同于SAM。OAM是具有旋转相位因子的动量，本征值l可取任意值。当l为非整数时，其可以被函数分解出来成为两个整数本征值之间的一种线性叠加，所以在一般情况下l取整数。本征值l会对OAM 波束的相位分布产生影响，即相位波前绕涡旋中心轴线旋转一周将会产生2pil的变化。当l等于零时，相位波前是平面的且垂直于波的传播方向，此时为普通的平面电磁波。如果OAM波束发生了扭曲，使其本征值不为零，此时的电磁波具有沿着传播方向螺旋前进的相位波前，称为涡旋电磁波。