一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法

1.本发明涉及空间相位测量领域，特别是涉及一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法。


背景技术：

2.目前，涡旋波远距离通信是最近几年新的研究方向。涡旋波经远距离传输后，有可能丢失其涡旋特性，进而影响涡旋波远距离通信的实现。通过测量涡旋波空间相位判断涡旋波空间相位是否仍呈涡旋状，进而分析在该距离上涡旋波的通信能力。涡旋波近距离相位测量，如利用矢量网络分析仪在微波暗室测量涡旋波的空间相位，可以利用有线(电缆)的方式提供一个参考信号。然而，在远距离涡旋波空间相位测量中，利用有线的方式提供参考信号已不可行。
3.因此，如何测量涡旋波远距离空间相位是个亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法，能够实现涡旋波远距离空间相位的测量。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法，包括：
7.搭建测量系统；所述测量系统包括：发射端和接收端；所述发射端包括：极化1涡旋波天线和极化2平面波天线；极化1涡旋波天线和极化2平面波天线共用天线面；所述接收端包括：极化1平面波天线和极化2平面波天线；极化1平面波天线和极化2平面波天线共用天线面；
8.将所述接收端与所述发射端进行对准；
9.保持所述发射端的方位角和所述接收端的方位角不变，记录涡旋波空间相位随时间变化特性，得到所述接收端的涡旋波空间相位与幅度的时变特性；
10.保持所述接收端的天线架设位置和方位角不变，旋转所述发射端天线方位角，记录所述接收端相应的空间相位的变化曲线，得到涡旋波相对平面波的空间相位曲线；
11.调整所述接收端的天线架设高度，得到在相应的天线架设高度下涡旋波空间相位曲线；
12.根据所述接收端的涡旋波空间相位与幅度的时变特性、涡旋波相对平面波的空间相位曲线以及不同接收端的天线架设高度下涡旋波空间相位曲线，确定所述发射端的涡旋波在所述接收端的二维涡旋相位。
13.可选地，所述发射端还包括：依次连接的信号源、功率放大器以及功分器。
14.可选地，所述接收端还包括：依次连接的低噪声放大器、矢量网络分析仪以及计算机；
15.所述矢量网络分析仪用于得到接收信号的相位差。
16.可选地，所述将所述接收端与所述发射端进行对准，具体包括：
17.根据所述发射端的经度和纬度以及接收端的经度和纬度确定所述发射端和所述接收端的相对位置与天线方向图；
18.根据所述发射端和所述接收端的相对位置与天线方向图进行所述发射端的天线方向图峰值点对所述接收端的天线的对准；
19.对所述接收端的天线进行对准。
20.可选地，所述对所述接收端的天线进行对准，具体包括：
21.保持所述接收端的天线不动，微调所述发射端的天线的方位角，使所述接收端的矢网信号电平最大，对所述接收端的天线进行一次对准；
22.保持所述发射端的天线不动，微调所述接收端的天线的方位角，使所述接收端的矢网信号电平最大，对所述接收端的天线进行二次对准。
23.可选地，所述将所述接收端与所述发射端进行对准，之前还包括：
24.固定所述发射端的底座与所述接收端的底座。
25.可选地，所述保持所述发射端的方位角和所述接收端的方位角不变，记录涡旋波空间相位随时间变化特性，得到所述接收端的涡旋波空间相位与幅度的时变特性，具体包括：
26.转动所述发射端至一方位角，保持所述发射端的方位角和所述接收端的方位角不变，记录在相应的发射端的方位角下涡旋波空间相位随时间变化特性；
27.转动所述发射端至另一方位角保持所述发射端的方位角和所述接收端的方位角不变，记录在相应的发射端的方位角下涡旋波空间相位随时间变化特性；
28.根据在所有发射端的方位角下涡旋波空间相位随时间变化特性，得到所述接收端的涡旋波空间相位与幅度的时变特性。
29.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
30.本发明所提供的一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法，利用平面波作为参考测量涡旋波相对平面波的相位差。涡旋波与平面波分别利用不同极化传播，利用分离两路信号。可以实现远距离涡旋波空间相位测量。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明所提供的一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法流程示意图；
33.图2为测量系统示意图；
34.图3为天线构造示意图；
35.图4为涡旋波天线方向图及待测方位图；
36.图5为方位向涡旋波空间相位测量图；
37.图6为所提供的实施例的测量系统示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法，能够实现涡旋波远距离空间相位的测量。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.图1为本发明所提供的一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种利用极化分离测量涡旋波空间相位的方法，包括：
42.s101，搭建测量系统；所述测量系统包括：发射端和接收端；所述发射端包括：极化1涡旋波天线和极化2平面波天线；极化1涡旋波天线和极化2平面波天线共用天线面；所述接收端包括：极化1平面波天线和极化2平面波天线；极化1平面波天线和极化2平面波天线共用天线面；
43.s102，将所述接收端与所述发射端进行对准；
44.s103，保持所述发射端的方位角和所述接收端的方位角不变，记录涡旋波空间相位随时间变化特性，得到所述接收端的涡旋波空间相位与幅度的时变特性；
45.s103具体包括：
46.转动所述发射端至一方位角，保持所述发射端的方位角和所述接收端的方位角不变，记录在相应的发射端的方位角下涡旋波空间相位随时间变化特性；
47.转动所述发射端至另一方位角保持所述发射端的方位角和所述接收端的方位角不变，记录在相应的发射端的方位角下涡旋波空间相位随时间变化特性；
48.根据在所有发射端的方位角下涡旋波空间相位随时间变化特性，得到所述接收端的涡旋波空间相位与幅度的时变特性。
49.s104，保持所述接收端的天线架设位置和方位角不变，旋转所述发射端天线方位角，记录所述接收端相应的空间相位的变化曲线，得到涡旋波相对平面波的空间相位曲线，并如图5所示；
50.s105，调整所述接收端的天线架设高度，得到在相应的天线架设高度下涡旋波空间相位曲线；
51.s106，根据所述接收端的涡旋波空间相位与幅度的时变特性、涡旋波相对平面波的空间相位曲线以及不同接收端的天线架设高度下涡旋波空间相位曲线，确定所述发射端的涡旋波在所述接收端的二维涡旋相位。
52.如图2所示，所述发射端还包括：依次连接的信号源、功率放大器以及功分器。即发射端由信号源产生单频连续波信号，其后连接功率放大器，功率放大器输出信号由功分器分为等功率的两路输出，第1路利用平面波天线发射极化2平面电磁波，另1路利用涡旋波天线发射与极化1正交的极化1涡旋波，涡旋波天线可以发射不同模态的涡旋波信号。
53.如图2所示，所述接收端还包括：依次连接的低噪声放大器、矢量网络分析仪以及计算机；即接收端利用平面波天线分别接收极化1平面波与极化2平面波，两路分别经接入
低噪声放大器后接入矢量网络分析仪的端口1与端口2，利用矢量网络分析仪的二端口比值测量功能得到两路信号相位差，数据存入计算机。
54.所述矢量网络分析仪用于得到接收信号的相位差。
55.如图3和图4所示，所述将所述接收端与所述发射端进行对准，具体包括：
56.根据所述发射端的经度和纬度以及接收端的经度和纬度确定所述发射端和所述接收端的相对位置与天线方向图；
57.具体的确定过程为：
58.假设发射端东经x1
°
、北纬y1
°
,接收端东经x2
°
、北纬y2
°
，则发射端指向为由正北方向顺时针旋转角度θ
t
，为：
59.在x2》x1,y2》y1时，
60.在x2《x1,y2》y1时，
61.在x2》x1,y2《y1时，
62.在x2《x1,y2《y1时，
63.接收端指向为由正北方向顺时针旋转角度θr，为：
64.在x2》x1,y2》y1时，
65.在x2《x1,y2》y1时，
66.在x2》x1,y2《y1时，
67.在x2《x1,y2《y1时，
68.如图4所示，根据涡旋波天线方向图特性涡旋波束方位角上有两个峰值点，且不在天线主轴方向。根据涡旋波天线设计指标可以查到涡旋波天线方向图峰值点相对于中心点的方位角θ1，-θ1。
69.根据所述发射端和所述接收端的相对位置与天线方向图进行所述发射端的天线方向图峰值点对所述接收端的天线的对准；
70.选择涡旋波天线两个峰值点其中一个(任选一个，选峰值点的目的为使到达接收端的功率密度最大)，并把涡旋波天线转动θ1(顺时针或逆时针，即任选一个峰值点)，使发射端天线波束方向图峰值点指向接收端天线。在此过程中，接收端天线不需转动。
71.对所述接收端的天线进行对准。
72.所述对所述接收端的天线进行对准，具体包括：
73.保持所述接收端的天线不动，微调所述发射端的天线的方位角，使所述接收端的矢网信号电平最大(即涡旋波接收功率pv与平面波接收功率pp的比值最大时)，对所述接收端的天线进行一次对准；
74.保持所述发射端的天线不动，微调所述接收端的天线的方位角，使所述接收端的矢网信号电平最大(即涡旋波接收功率pv与平面波接收功率pp的比值最大时)，对所述接收端的天线进行二次对准。
75.所述将所述接收端与所述发射端进行对准，之前还包括：
76.固定所述发射端的底座与所述接收端的底座。
77.作为一个具体的实施例，利用圆极化分离测量1ghz涡旋波远距离空间相位分布；发射端与接收端分别按图6所示的方法搭建测试系统。发射端由信号源产生1ghz单频连续波信号，其后依次连接功率放大器、功分器，分为两路信号输出，其中1路利用平面波天线发射右旋圆极化平面波，另1路利用涡旋波天线发射左旋圆极化涡旋波，涡旋波天线可以发射不同模态的涡旋波信号。接收端利用两副平面波天线分别接收左旋圆极化平面波与右旋圆极化平面波，两路分别经接入低噪声放大器后接入矢量网络分析仪的端口1与端口2，利用矢量网络分析仪的二端口比值测量功能得到两路信号相位差，数据存入计算机。发射端与接收端架设于相距30km的海岸两边，进行所述接收端与发射端的天线对准。获取不同接收端位置处涡旋波空间相位随方位角的变化曲线。
78.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
79.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。