姓名：陳敏
學(xué)號(hào)：21011210025
學(xué)院：通信工程學(xué)院
【嵌牛導(dǎo)讀】基于螺旋陣列天線的OAM通信系統(tǒng)渦旋波接收
【嵌牛鼻子】軌道角動(dòng)量，渦旋電磁波
【嵌牛提問(wèn)】UCA-OAM通信系統(tǒng)如何接收渦旋波接收？
【嵌牛正文】
螺旋陣列天線，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
其中a為初始陣元半徑，b為半徑因子。b決定了螺旋陣陣元半徑的變化量，當(dāng)b為正時(shí)，螺旋陣為右螺旋，當(dāng)b為負(fù)時(shí)，螺旋陣為左螺旋。眾所周知，由OAM波束的三維輻射圖可知要在電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較大的接收區(qū)域放置接收天線才有可能提高信道容量?？赏ㄟ^(guò)選擇合適的初始陣元半徑a和半徑因子b，使得接收端螺旋陣列的陣元放置在輻射強(qiáng)度較大的區(qū)域以更好地接收渦旋電磁波。本節(jié)所述的螺旋陣相較于均勻圓陣來(lái)說(shuō)僅僅改變了陣元的半徑，使陣元半徑隨著阿基米德半徑因子而變化。
在理想狀態(tài)下，發(fā)射端均勻圓陣陣元與接收端螺旋陣陣元的距離可以表示為
接下來(lái)仿真螺旋陣接收OAM波束以證明其能夠獲得更高的信道容量以及說(shuō)明信道容量與螺旋陣半徑因子的關(guān)系。假設(shè)在理想傳輸狀態(tài)下，OAM模態(tài)值為1，發(fā)射端均勻圓陣半徑為10個(gè)波長(zhǎng)，當(dāng)收發(fā)端天線陣的距離固定為100個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，接收端螺旋陣的半徑因子與信道容量的關(guān)系仿真如下：
當(dāng)接收端螺旋陣的初始半徑與發(fā)射端圓陣的半徑相同時(shí)，即為10個(gè)波長(zhǎng)，二者關(guān)系如圖2所示。
由圖4-5可知，當(dāng)螺旋陣半徑因子為零時(shí)，即接收端天線陣列為均勻圓陣，此時(shí)的信道容量并不能達(dá)到最大值，而當(dāng)半徑因子為區(qū)間（-0.2，0）內(nèi)的某個(gè)值時(shí)，信道容量會(huì)達(dá)到最大值。
為了使結(jié)論更具有一般性，使接收端螺旋陣的初始半徑分別為11，12，7，6時(shí)進(jìn)行仿真，二者關(guān)系如圖3所示。
由圖3可以看出，當(dāng)陣列半徑因子為零時(shí)，接收端為均勻圓陣，其半徑等于螺旋陣的初始陣元半徑。觀察上述四幅圖中紅線所對(duì)應(yīng)的位置，在現(xiàn)實(shí)情況中會(huì)有很多因素的影響使接收陣元半徑產(chǎn)生誤差，不再是理想狀態(tài)下的10。假設(shè)由于誤差的影響使接收半徑變?yōu)?11，12，7，6，在這種情況下信道容量會(huì)有所減少，尤其在半徑為 11和6時(shí)，其信道容量急劇下降。
當(dāng)陣列半徑因子不為零時(shí)，接收端為螺旋陣，可通過(guò)選擇合適的半徑因子使信道容量達(dá)到最大值。所以螺旋陣相較于均勻圓陣的優(yōu)勢(shì)所在就是可以提高信道容量。
