文献综述及主要参考文献
涡旋电磁波因携带有轨道角动量信息,从而体现出除了传统的强度、相位、频率、极化等自由度之外的一种新型自由度。所以在雷达目标检测和成像领域具有很大的应用潜力。
(1)涡旋电磁波及其在雷达中的应用研究进展—刘康
本文基于对涡旋电磁波在雷达中应用的研究与认识,思考总结一些开放性问题及其发展趋势如下:
其一,需要稳定低成本的辐射源。采用电磁场轨道角动量调制产生具有非平面相位波前的辐射场分布,加强辐射场的空间差异性及时间正交性,是实现波束内目标分辨的关键。基于涡旋电磁波的雷达成像,如何产生丰富的轨道角动量调制辐射花样也是涡旋电磁波辐射场产生的一个关键技术。目前看来,采用先进的阵列技术、超材料技术,结合信号波形设计方法等有望解决这一难题。
其二,需要稳健高效的目标重构技术。由于携带轨道角动量的电磁波相位波前不再是平面,所以准确的目标回波数学模型的建立是一项关键技术。针对特定的回波模型,高效稳健的目标散射点分布信息提取即目标重构方法需要开展系统性研究。此外,涡旋电磁波辐射方向图和相位分布的非理想性会影响到成像和检测处理,因此突破二者影响的信号处理方法是另一个需要解决的科学问题。结合涡旋电磁波辐射场特点,建立准确的成像方程,并借助于压缩感知、稀疏重构等信号处理手段,有望解决上述问题。
其三,需要充分研究涡旋电磁波照射下目标散射特性。目标散射特性是雷达探测与识别的基础。目前,涡旋电磁波与目标相互作用机理尚不清楚,目标对涡旋电磁波的散射特性、目标对OAM态的调制作用等诸多科学问题亟待解决。雷达目标散射特性的研究成果有望给涡旋电磁波在雷达探测中应用带来新的思路和解决方案。
(2)涡旋电磁波天线技术研究进展——郭忠义
涡旋电磁波,因携带有轨道角动量(OAM),从而体现出除了传统的强度、相位、频率、极化等自由度之外的一种新型自由度,理论上在任意频率下都具有无穷多种互不干扰的正交模态,并且近年来其在雷达成像、无线通信等研究领域展现出重要的应用潜力,所以引起国内外学者的广泛关注,具有很高的研究价值和应用前景。在这里,该文主要介绍近年来涡旋电磁波天线技术的研究进展,包括单一微带贴片天线、阵列天线、行波天线、以及超表面天线结构等。单一微带贴片天线由于其结构简单、制作成本低而被广泛运用;行波天线可以在宽带范围内产生多OAM模式的涡旋电磁波;阵列天线的设计原理简单,可以灵活地控制产生不同模态的高增益OAM电磁波;而超表面天线不需要复杂的馈电网络,从而具有天线整体剖面较低的优势。
阵列天线是现如今飞机以及雷达上应用最广泛的天线种类之一,也是射频波段产生OAM的主要方式,通过馈电,可以实现多OAM态的切换,但这种设计的难点在于其复杂的馈电网络,很多研究人员对这种相控阵的馈电网络做了设计和优化的工作;超表面是由亚波长大小周期性排列的超材料共振器组成,它可以通过改变共振器的形状和大小来实现电磁波振幅或相位上的突变,通过空间上合理排列超表面结构,可以有效产生、调控涡旋电磁波,相较于传统相控阵天线而言,超表面天线具有剖面低、馈电系统简 单和易于波束成形等优点,但是存在阵列单元数量庞大、结构设计复杂以及体积笨重等缺陷,仍然需要进一步优化、研究。
