隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線頻段的頻譜擁塞問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，因此，在頻譜資源有限的情況下研究能夠提高頻譜利用效率的新型無(wú)線通信技術(shù)具有重要意義。研究表明，軌道角動(dòng)量作為電磁場(chǎng)所攜帶的基本物理量之一，理論上擁有無(wú)窮多種本征模式，且不同本征模式之間具有正交性，如果能夠?qū)④壍澜莿?dòng)量的這一特性應(yīng)用于無(wú)線通信中，則有可能大幅提高現(xiàn)有無(wú)線通信的信道容量。本文以此為基礎(chǔ)，對(duì)軌道角動(dòng)量在未來(lái)無(wú)線通信中應(yīng)用的可行性、技術(shù)思路和方法進(jìn)行相關(guān)研究，包括如何在射頻段生成攜帶軌道角動(dòng)量的渦旋波束，渦旋波束的傳播特性分析，以及軌道角動(dòng)量模式的檢測(cè)等問(wèn)題；同時(shí)，本文基于渦旋波束所具有的獨(dú)特的空間相位特性，研究了將軌道角動(dòng)量應(yīng)用于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的可行性，相關(guān)研究?jī)?nèi)容概括如下。

　　本文提出了一種用于在射頻段生成渦旋波束的環(huán)形偶極子天線陣列。針對(duì)在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中渦旋波束的生成問(wèn)題，本文以天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域中經(jīng)典的偶極子天線作為均勻環(huán)形天線陣列的陣元，對(duì)于偶極子在環(huán)形陣列中的四種排布方式，通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)只有平行偶極子環(huán)形陣列在線性相位激勵(lì)下才能生成攜帶軌道角動(dòng)量的渦旋波束，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了在該偶極子排布方式下環(huán)形陣列的各個(gè)叁數(shù)對(duì)渦旋波束輻射特性的影響。同時(shí)基于環(huán)形天線陣列作為渦旋波束的接收端，仿真驗(yàn)證了在該渦旋波束接收配置下軌道角動(dòng)量模式間的正交性以及利用軌道角動(dòng)量增加無(wú)線通信信道容量的可行性。

　　本文提出了一種渦旋波束軌道角動(dòng)量模式的偏軸檢測(cè)方法。針對(duì)傳統(tǒng)基于兩天線的相位梯度檢測(cè)法在檢測(cè)陣列相對(duì)于波束軸存在橫向偏移時(shí)檢測(cè)結(jié)果不再可靠的問(wèn)題，提出一種基于均勻環(huán)形天線陣列的不需要確知波束軸位置即可檢測(cè)軌道角動(dòng)量模式的檢測(cè)方法，仿真結(jié)果表明當(dāng)檢測(cè)陣列相對(duì)于波束軸的橫向偏移量在給定范圍內(nèi)時(shí)，均可得到可靠的模式檢測(cè)結(jié)果，且檢測(cè)性能不受偏移量大小的影響。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)波束軸偏移量更大的情形，本文又提出兩種適合低階軌道角動(dòng)量模式偏軸檢測(cè)的網(wǎng)格天線陣列結(jié)構(gòu)，相對(duì)于均勻環(huán)形陣列，這種網(wǎng)格陣列具有更大的空間覆蓋區(qū)域，且只要波束軸落入該陣列的覆蓋區(qū)域內(nèi)，就能檢測(cè)出其軌道角動(dòng)量模式，并能同時(shí)確定該波束軸所在的網(wǎng)格區(qū)域，這為后續(xù)收發(fā)陣列偏移校正等軌道角動(dòng)量通信信號(hào)處理技術(shù)提供了有價(jià)值的參考。
?