(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111676989.4 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 胡俊　林本通　吴文　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 刘璐 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天 线设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种空间/模态混合分集的多 子阵轨道角动量天线设计方法， 首先忽略子阵间 互耦效应并推导空间分集的表达式和有效传输 距离下的结构参数设计范围， 然后基于互耦效应 研究子阵对不同空间分集的模态混叠及影响， 最 后经过优化子阵规模、 阵间距 等因素得到最佳传 输效果的紧凑型轨道角动量天线。 本发明尽可能 地减小了波束之间的混叠效应， 实现了涡旋波束 的高纯度、 低混叠特性。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 114510791 A 2022.05.17 CN 114510791 A 1.一种空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特征在于， 包括步 骤： S1、 根据UCA 天线场辐射公式初步模拟,建立不同模态的UCA 天线圆阵列模型， 对观测平 面进行划分， 分别得 出各部分的电场幅值、 相位以及模式纯度； S2、 忽略子阵间互耦效应， 根据UCA天线辐射公式推导出总的空间/模态混合分集， 设定 有效传输距离， 多次计算确定空间/模态混合分集方式中子集之间的的模态混叠和干扰， 并 获取模型参数以及相邻子阵间距的有效范围； S3、 基于模型参数以及相邻子阵间距的有效范围， 通过仿真软件CST对不同模态的UCA 天线圆阵列模型仿真， 获取最优圆阵列参数以及相邻子阵间距。 2.根据权利要求1所述的空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特 征在于， 所述步骤S1中建立不同模态的UCA圆阵列模型具体为： 在UCA天线单元辐射公式中 各单元按时针顺序加上一个固定的相位差， 然后叠加形成不同模态的UCA天线辐射 公式， 再 将这些公式按照子阵位置关系和模态组合进行叠加， 获取UCA天线圆阵列模型。 3.根据权利要求1所述的空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特 征在于， 所述步骤S1中将观测平面进行划分具体为： 对应天线的空间/模态分集模式， 沿其 传播方向上垂直划分， 划分的每个区域作为天线的一个子集作用区域， 各区域独立工作产 生一种模态的涡旋波， 在观测时， 将对应区域的电场幅值、 相位 参数单独计算。 4.根据权利要求1所述的空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特 征在于， 所述步骤S2中忽略子阵间互耦效应， 根据UCA天线辐射公式推导出总的空间/模态 混合分集具体为： 假设天线阵列由位于不同位置的天线组成， 则辐射场由矢量电流矩控制， 将各单元的矢量电流距时序化并进行线性相位调制， 最后经过卷积处理后得出各子阵之间 有效电流与方向图的关系。 5.根据权利要求4所述的空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特 征在于， 所述步骤S2中多次计算确定空间/模态混合分集方式中子集之间的的模态混叠和 干扰， 并获取模 型参数以及相 邻子阵间距的有效范围具体为： 通过天线的有效电流以及UCA 天线辐射场公式， 确定不同空间分集的子阵的有效电流与方向图之间的关系， 通过调参， 获 取UCA天线圆阵列参数以及相邻子阵间距在满足纯度要求和有效传输距离下的范围。 6.根据权利要求5所述的空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特 征在于， 所述子阵的有效电流 为： 式中， m代表子阵的模态， 代表转换到第n个单元转换到原点的支持域， 是表示该辐射场的的矢量电距， gm,0,Mod是UCA圆阵列 相 位因子对方位角φ做傅里叶变换后的表达式， j是虚数， k是波数， θ是俯仰角， ρ'Mod代表UCA 圆阵列的半径。 7.根据权利要求6所述的空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特 征在于， 所述天线的有效电流与方向图之间的关系为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114510791 A 2其中， 积分项 代表矢量电距， 代表一个方伟 向量， 是第m个子 阵列中N个单元的有效电流附上相位因子后的叠加， Fθ(l)是模态为l的UCA的远场方向函 数， 和Fθ(l)为： 8.根据权利要求2所述的空间/模态混合分集的多子阵轨道角动量天线设计方法， 其特 征在于， 所述步骤S3具体为： 在仿真软件CST中建立不同模态的圆阵列模型， 并放置在同一 平面上， 进行参数扫描， 在仿真结果中找到有效传输距离内， 产生最高纯度的OAM波的参数 组合， 确定最优圆阵列参数以及相邻子阵间距。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114510791 A 3