基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法，所述系统包括：光开关、控制单元，用于在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；光电调制器，用于将射频信号调制到所述光开关输出的光束后输出；光信号处理器，用于对所述光电调制器输出的光束，根据第n个涡旋波束模式的N个移相需求，分别对所述光束中N个不同波长的光信号进行相位调节后，分别从N个端口输出；N个光电检测器，用于分别对所述光信号处理器的N个端口输出的光信号进行拍频后，分别输出到圆形天线阵列的N个天线进行发射。应用本发明专利技术可以实现涡旋波束的模式快速切换。

Vortex beam mode switching system and method based on circular antenna array

【技术实现步骤摘要】
基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法
本专利技术涉及通信
，特别是指一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法。
技术介绍
轨道角动量(OAM)是电磁波角动量(自旋角动量和轨道角动量)的一种，它使得电磁波的相位波前呈现涡旋状，因此携带轨道角动量的电磁波束又被称为涡旋波。涡旋波的螺旋相位波前可以用eilθ来表示，其中l是涡旋波的模式数，又被称为拓扑荷数，可以是任意整数，θ代表方位角。涡旋波束可以处于不同的频率，其中处于射频波段的就被称为射频涡旋波。涡旋波束的主要应用领域包括通信和雷达探测。在通信方面，其不同模式的理论正交性为通信领域带来了一种新的自由度，每一个涡旋波束都可以作为一个独立的信道，涡旋波的模分复用可以大大提升信道容量和频谱效率，此外还可以用于数据编码通信。在雷达探测方面，由于其独特而稳定的相位结构和丰富的相位信息，涡旋波束可以用于微多普勒效应测转动物体的转速，这对于转动目标的检测十分有利。涡旋波束模式的切换对于这两方面的应用都很有必要。首先，每个模式的波束都可以作为一个信道，模式快速切换可以有效提升信道数目；然后，每个波束的模式值都可以被编码为一组数据信息，模式快速切换能大大提升编码效率；涡旋波微多普勒效应中转子转速和涡旋模式值成正比，多个模式共同测量可以大大减小测量误差。因此，综上，有必要提供一种可以进行涡旋波束模式切换的方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统和方法，实现涡旋波束的模式快速切换。基于上述目的，本专利技术提供一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统，包括：光开关，其包括k个输入端口和一个输出端口，每个输入端口分别输入一组不同波长的光经波分复用合成的光束；控制单元，用于在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；光电调制器，用于将射频信号调制到所述光开关输出的光束后输出；光信号处理器，用于对所述光电调制器输出的光束，根据第n个涡旋波束模式的N个移相需求，分别对所述光束中N个不同波长的光信号进行相位调节后，分别从N个端口输出；N个光电检测器，用于分别对所述光信号处理器的N个端口输出的光信号进行拍频后，输出N个射频信号；圆形天线阵列，其包括N个天线，分别连接于N个光电检测器，用于分别将N个射频信号进行发射。其中，所述光开关不同输入端口输入的光，波长也不相同。其中，所述光信号处理器中光信号的波长与输出端口的对应关系，光信号的波长与移相相位的对应关系，均是根据涡旋波束模式的移相需求预先配置的。进一步，所述系统还包括：k个波分复用激光器，通过多波长光束复用分别输出k组不同波长的光，分别输入到所述光开关的k个输入端口。进一步，所述系统还包括：掺铒光纤放大器，设置于所述光电调制器与光信号处理器之间，用于将所述光电调制器输出的光束进行功率放大后，输入到所述光信号处理器。本专利技术还提供一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换方法，应用于如上所述的基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统，所述方法包括：所述系统中的控制单元在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；所述系统中的圆形天线阵列产生第n个涡旋波束模式的涡旋波。进一步，所述方法还包括：所述控制单元预先根据涡旋波束模式的移相需求，在所述系统中的光信号处理器中配置光信号的波长与移相相位的对应关系，并配置光信号的波长与所述光信号处理器的输出端口的对应关系。进一步，所述方法还包括：所述控制单元还根据待发射的涡旋波的发射方向，更新涡旋波束模式的移相需求；根据更新的涡旋波束模式的移相需求重新配置光信号的波长与移相相位的对应关系。本专利技术提供的基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统中，包括：光开关，其包括k个输入端口，每个输入端口分别输入一组不同波长的光经波分复用合成的光束；控制单元，用于在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；光电调制器，用于将射频信号调制到所述光开关输出的光束后输出；光信号处理器，用于对所述光电调制器输出的光束，根据第n个涡旋波束模式的N个移相需求，分别对所述光束中N个不同波长的光信号进行相位调节后，分别从N个端口输出；N个光电检测器，用于分别对所述光信号处理器的N个端口输出的光信号进行拍频后，输出N个射频信号；圆形天线阵列，其包括N个天线，分别连接于N个光电检测器，用于分别将N个射频信号进行发射。从而通过对光开关的切换，实现圆形天线阵列发射的射频涡旋波束在第1～第k个涡旋波束模式之间的切换。此外，本专利技术技术方案中，控制单元还根据待发射的涡旋波的发射方向，更新涡旋波束模式的移相需求；根据更新的涡旋波束模式的移相需求重新配置光信号处理器中光信号的波长与移相相位的对应关系；从而使得圆形天线阵列产生的涡旋波束的发射方向为预期偏转角。从而还可实现对圆形天线阵列发射的射频涡旋波束的发射方向的控制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统结构框图；图2为本专利技术实施例提供的光信号处理器上对不同波长光信号的强度图和相移处理示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，除非另外定义，本专利技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。下面结合附图详细说明本专利技术实施例的技术方案。本专利技术提供的一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统，内部结构框图如图1所示，包括：光开关101、控制单元102、光电调制器103、光信号处理器104、光信号处理器105、N个光电检测器106、圆形天线阵列107。其中，光开关101本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统，其特征在于，包括：/n光开关，其包括k个输入端口和一个输出端口，每个输入端口分别输入一组不同波长的光经波分复用合成的光束；/n控制单元，用于在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；/n光电调制器，用于将射频信号调制到所述光开关输出的光束后输出；/n光信号处理器，用于对所述光电调制器输出的光束，根据第n个涡旋波束模式的N个移相需求，分别对所述光束中N个不同波长的光信号进行相位调节后，分别从N个端口输出；/nN个光电检测器，用于分别对所述光信号处理器的N个端口输出的光信号进行拍频后，输出N个射频信号；/n圆形天线阵列，其包括N个天线，分别连接于N个光电检测器，用于分别将N个射频信号进行发射。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于圆形天线阵列的涡旋波束模式切换系统，其特征在于，包括：
光开关，其包括k个输入端口和一个输出端口，每个输入端口分别输入一组不同波长的光经波分复用合成的光束；
控制单元，用于在当前待切换的涡旋波束模式为第n个涡旋波束模式时，控制所述光开关的输出端口连接于第n个输入端口；
光电调制器，用于将射频信号调制到所述光开关输出的光束后输出；
光信号处理器，用于对所述光电调制器输出的光束，根据第n个涡旋波束模式的N个移相需求，分别对所述光束中N个不同波长的光信号进行相位调节后，分别从N个端口输出；
N个光电检测器，用于分别对所述光信号处理器的N个端口输出的光信号进行拍频后，输出N个射频信号；
圆形天线阵列，其包括N个天线，分别连接于N个光电检测器，用于分别将N个射频信号进行发射。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光开关不同输入端口输入的光，波长也不相同。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述光信号处理器中光信号的波长与输出端口的对应关系，光信号的波长与移相相位的对应关系，均是根据涡旋波束模式的移相需求预先配置的。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
k个波分复用激光器，通过多波长光束复用分别输出k组不同波长的光，分别输入到所述光开关的k个输入端口。


5.根据权利要求1-4任一所述的系统，其特征在于，还包括：
掺铒光纤放大器，设置于所述光电调制器与光信号处理器之间，用于将所述光电调制器输出的光束进行功率放...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄善国，高欣璐，宋锡耀，马景灿，郑桢楠，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11