姓名：陈敏
学号：21011210025
学院：通信工程学院
【嵌牛导读】涡旋电磁波的产生方法
【嵌牛鼻子】轨道角动量，涡旋电磁波
【嵌牛提问】涡旋电磁波如何产生
【嵌牛正文】
1.反射法
反射法产生涡旋电磁波的原理是把平面波照射到螺旋反射面上，由于反射面的螺旋结构，当波束照射到该结构上会使得反射波束存在波程差，从而引起相邻的相位波前产生延迟，使得反射波束的相位发生扭曲。图1所示是利用反射法产生涡旋电磁波的螺旋阶梯反射板和螺旋抛物面天线。
图1 螺旋阶梯反射板（左）和螺旋抛物面天线（右）
螺旋阶梯反射板是用聚苯乙烯塑料泡沫块制作成阶梯形结构的反射板，用多个厚度逐渐增加（厚度差相同）的模块组合起来形成一个阶梯状，相邻的阶梯之间就会产生相同的相位差。当入射波束照射在反射板上时，阶梯形结构会使反射波束的相位波前的相邻部分产生相同的相位差，从而产生螺旋相位波前。
2011年，螺旋抛物面天线被B Thidé教授首次用于OAM射频通信的场外实验中产生模态值 l=1的涡旋电磁波信号，实现了传输距离为442米的同一频带上两路信号的并行传输。螺旋抛物面天线在螺旋阶梯反射面的基础上进行了优化，该方法采用一个光滑的螺旋形金属抛物面对入射波进行相位处理并反射得到携带有轨道角动量的涡旋电磁波。
通过反射法产生涡旋电磁波的天线结构较为简单，但是螺旋阶梯反射板只能产生离散的相位差，二者也只能对单一频率的电磁波做出响应且只能产生单模的涡旋电磁波。这对回波信号的处理会产生较大影响。
2.透射法
与反射法的本质相同，透射法产生涡旋电磁波的机制为，当普通电磁波透过板材后会添加一个与板材厚度相关的螺旋相位因子。如图2所示是用透射法产生涡旋电磁波的螺旋相位板(SPP)，它的厚度绕中心轴线按比例增加。穿过该螺旋型结构的波束的不同部分将产生不同的波程差，从而产生不同的相位改变量。透射后的波束从平面的相位波前变成了螺旋形的相位波前，并且通过改变SPP的阶梯高度可以产生不同模态的涡旋电磁波。
图2 螺旋相位板实物图（上）和工作示意图（下）
图3 多孔型相位板（左）和折射率分布图（右）
如图3所示是另外一种利用透射法产生涡旋电磁波的多孔型相位板，可以看到其上的小孔是按照一定的规律从疏到密进行排列，它是利用介电常数各不相同的小孔对入射波束添加不同的相位。这种类型的相位板产生涡旋电磁波的原理就是通过介电常数小孔导致波束流经该相位板的不同部分产生的相位推移不同。由此产生螺旋相位波前。
3.阵列天线法
阵列天线法通过控制阵列各阵元的激励相位和产生的电磁波的辐射能量分布，使阵列天线的多个阵元按照一定的规律排列。这样，发射波束的能量在一个给定的方向上更大，在其他方向上更小。阵列天线法分为相控阵和时控阵，相控阵是通过控制阵元的相位产生涡旋电磁波，时控阵是通过控制时间完成的。
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