1.基于稀疏2D线性阵列的涡旋电磁波产生与优化方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:第一步,2D线性阵列构型设计及推导方向图函数;
2D线性阵列由多个一维线性阵列等间距组成,每个一维线性阵列中均匀分布有多个等间距排布的天阵单元且所有天线单元的天线极化方向相同;推导2D线性阵列的辐射方向图函数表达式,其中2D线性阵列上所有阵元按顺时针或逆时针方向向元件添加递增相位激励方式;
第二步,建立2D线性阵列稀疏模型;
根据第二步定义的方向图函数,设置加权系数矩阵,建立2D线性阵列的稀疏模型;在圆形阵列产生OAM波的基础上,推导出2D线性阵列生成OAM波方向图函数;
第三步,定义目标函数;
根据期望的方向图主瓣指向角度和最高旁瓣电平定义OAM波优化的目标函数;
第四步,阵元方位优化,根据第三步定义的目标函数,采用遗传算法优化,求解出最优的阵列方位;
所述2D线性阵列中,以阵列左上角的阵列元素为参考点,沿着x轴方向分布着n行栅格,其行间距为d,沿着y轴方向分布着m行栅格,其列间距为d;
所述第一步中,2D线性阵列上天线单元激励信号相位依次设定为 其中l表示轨道角动量模式数,那么得到2D线性阵列的辐射方向图 表达式为其中,Iik表示第(xi,yk)个天线单元的信号振幅, 表示x轴方向分布的天线单元的位置, 表示y轴方向分布的天线单元的位置; 表示第(xi,yk)个天阵单元的方位角;θ表示俯仰角;表示方位角;
所述第二步中,稀疏后的2D线性阵列的辐射方向图 表示为其中,Tik表示天线单元的工作状态。
2.根据权利要求1所述的基于稀疏2D线性阵列的涡旋电磁波产生与优化方法,其特征在于:所述第三步中,根据最大旁瓣电平MSLL的定义,取方位向方向图最大旁瓣电平和俯仰向方向图最大旁瓣电平之和为适应度函数:其中S1是θ=θ0处方位角的旁瓣间隔,假设方向图主瓣的零功率点为 则S2是φ=φ0处方位角的旁瓣间隔,假设方向图
主瓣的零功率点为2ψ0,则S2={θ|θmin≤θ≤θ0‑ψ0∪θ0+ψ0≤θ≤θmax};OAM波产生优化的目标函数CF定义为:其中min表示取最小值,通过优化天线的位置T找到最小的MSLL值;期望能够降低OAM波束的SLL,使功率收敛到主方向。
3.根据权利要求2所述的一种基于稀疏2D线性阵列的OAM波产生与优化方法,其特征在于:通过对天线阵列构型的优化,OAM波束的SLL从‑11.56dB降低到‑19.76dB,且功率收敛到主方向。