【摘 要】
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随着无线通信技术的飞速发展,高指向性、高灵活性的波束赋形技术得到了广泛的应用和研究。以传统的电子技术为代表的信息技术遇到了串扰、热效应、量子隧穿等瓶颈,而光子技术因其大带宽和低串扰的优势提供了更多的新的解决问题的思路。基于光子学的相控阵可以解决传统波束赋形相控阵存在的波束偏斜问题,因而受到了广泛的关注。同时,利用微波光子技术产生携带轨道角动量（orbital angular momentum,OA
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随着无线通信技术的飞速发展,高指向性、高灵活性的波束赋形技术得到了广泛的应用和研究。以传统的电子技术为代表的信息技术遇到了串扰、热效应、量子隧穿等瓶颈,而光子技术因其大带宽和低串扰的优势提供了更多的新的解决问题的思路。基于光子学的相控阵可以解决传统波束赋形相控阵存在的波束偏斜问题,因而受到了广泛的关注。同时,利用微波光子技术产生携带轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）的波束逐渐成为研究热点。本文首先从微波光子学基本原理出发,对光载无线通信（radio over fiber,RoF）链路进行数学建模,推导了链路各项性能指标的表达式,进行理论分析。然后分析了不同光学真延时线的性能,并介绍了一种基于硅基集成光开关的二进制真延时线芯片架构,该光学真延时芯片集成了四种不同延时步进的延时线,集成度高,紧凑性强,可应用领域广泛。在此基础上,加工了保偏的光芯片封装,并设计了相应控制系统的硬件和软件,利用芯片集成的光学器件,优化了控制方案,实现了延时线的高效控制。在以上分析和设计的基础上,提出了一种新型的结构电磁波束调控系统。结合了光学真延时芯片和平面螺旋轨道角动量（plane spiral orbital angular momentum,PSOAM）技术,搭建了系统,进行了实验验证和仿真分析。实验测试和仿真分析的结果表明,该系统可以实现周向360°上的结构电磁波束的无畸变扫描,指向误差小于2°,同时可以产生差异较大的波束且能够以不高于1.2 kHz的频率进行切换与重构。本文最后将前述的结构电磁波调控系统应用于空间场数字调制（spatial field digital mod-ulation,SFDM）通信。SFDM 系 统使用 电磁场 的空间 分布传 输信息。基 于结构 电磁波 调控技术搭建了实际的SFDM通信系统,在10.2 GHz的工作频率,大于-3 dBm的射频信号强度下,实现了二进制SFDM信号的10000个bit无误码传输。同时,光学真延时芯片在工作中的功耗为2.31 W,远低于同性能的电调控实现方法。该系统达到了较高的指标水平,为波束赋形系统提供了新的思路,也为通信系统提供了新的可能。
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