中文标题：多模态涡旋电磁波模态串扰消除与纯度优化方法

英文标题：Mode Interference Cancelation and Mode Purity Optimization for Multimode OAM Waves

来源期刊：雷达学报

基金项目：国家自然科学基金(62341132)

作  者：秦凡¹, 毕金阳¹, 刘世武¹, 程文驰¹, 范逸风^{2, 3}

作者单位：1. 西安电子科技大学通信工程学院 西安 710071
2. 乾元国家实验室 杭州 310024
3. 南京电子设备研究所 南京 210000

摘  要：携带轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波在理论上能够提供无穷多组正交模态和差异性的螺旋波前相位梯度特性，可有效提升无线通信的频谱利用率和雷达的探测感知能力，在无线通信和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力。然而，多模态涡旋电磁波产生过程中易出现模态间串扰及模态纯度不平衡等问题，严重影响其在通信与雷达探测系统中的性能表现。针对上述问题，该文从数学原理出发，提出了一种基于1比特相位调控的多模态涡旋电磁波生成与优化新方法，可有效实现多模态涡旋电磁波(l = ±1, ±2, …, ±n, n ∈ N⁺)的同时生成、模态间串扰抑制以及多模态纯度的一致性提升。为验证所提方法的有效性，该文通过数值仿真实现了16模态(l = ±1 & ±2 & ±3 & ±4 & ±5 & ±6 & ±7 & ±8)涡旋电磁波的复用生成与优化；进一步选取具有代表性的8模态涡旋波(l = ±1 & ±2 & ±3 & ±4)示例，完成了相应透射型超表面设计、仿真、加工与实验验证。仿真与实测结果均表明基于该方法能够稳定产生目标多模态涡旋电磁波，其中模态干扰被有效抑制，各涡旋模态的模态纯度实现一致性优化。该研究为解决多模态涡旋电磁波的串扰与纯度控制难题提供了一条低相位调控复杂度、高灵活性且具有普适性的技术路径，为高容量涡旋通信与高分辨率雷达探测系统提供了创新性的实现方案。

全文链接： https://radars.ac.cn/cn/article/doi/10.12000/JR25226