OAM无线通信系统关键技术研究（六）

姓名：陈敏

学号：21011210025

学院：通信工程学院

【嵌牛导读】基于均匀圆阵的OAM通信系统接收端波束调向

【嵌牛鼻子】轨道角动量，涡旋电磁波

【嵌牛提问】UCA-OAM通信系统如何做波束调向？

【嵌牛正文】
为了解决收发圆阵未对准引起的系统性能下降问题，提出将波束调向应用到基于UCA的OAM通信系统的接收端，这是基于调谐OAM波束角度的可行性。同样地，我们只研究非平行情况下的波束调向。

传统相控阵进行相位调制的原理为补偿各阵元由于空间位置原因而与参考点之间产生的相位差，从而达到调整合成波束指向的目的，使其在期望方向上的辐射增强。涡旋电磁波采用的是与阵元方位角位置相联系的递增式相位调制方式，从而实现对相位波前结构的调制和操控。在此通过对接收端移相器调整相位因子以补偿由于接收端圆阵倾斜产生的相位误差，可以对到达波束进行调向，使接收端圆阵面能够垂直接收到达波束，从而减小对系统传输性能的影响。

通过计算接收UCA的参考阵元和第n个阵元之间的相位差，接收波束调向矢量可以写为 其中的元素指数项为 经过波束调向后，等效信道为 在此，同样分析四根天线产生模态值为1的单模涡旋电磁波时的情况，根据计算得到

观察上式，发现含有倾斜角的项中有D的存在，由于D远大于Rt、Rt，因此 这一项的值变得很小。所以倾斜角的存在以及大小不会显著影响整个表达式的值，也即经过波束调向后，系统容量不会由于倾斜角的存在而显著下降。接下来为了验证上述的理论分析并观察波束调向方案对等效信道模值改善的程度，仿真结果如图1所示。

图1 OAM通信系统倾斜角度对等效信道增益的影响

由图1可以看出，接收端对到达波束进行波束调向后，OAM通信系统等效信道的模值提升了很多，几乎与理想状态下的曲线重合，这说明波束调向方案能有效地改善非理想状态下的系统等效信道容量下降的问题。