前言

目前，所有无线电技术都是以平面波的传播为基础的。在信息传输速率已接近香农极限的今天，紧缺、有限的频谱资源与人们日益增长的通信速率需求是一对难以调和的矛盾。涡旋电磁波通信技术，作为一种可以在频谱资源有限的情况下进一步提升频谱利用率的新技术，近年来引起了国内外学者们的广泛关注。

携带有轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)的涡旋电磁波作为一种非平面波传播方式，因具有exp( ilφ )形式的螺旋相位因子，而体现出新的自由度。理论上,OAM在任意频率下都具有无穷多种互不干扰的正交模态，即在一个已知的、有限的带宽下，拥有无限个信道，这为解决无线电频段拥塞问题提供了新的思路。在传统调幅、调频、调相的基础上加入OAM调制技术方法，可以提高电磁波的信息调制能力，进而提升频谱效率与通信容量。OAM作为电磁波理论中一个尚未充分利用的物理量，在物理层提供了一个新的信息调制维度，在通信技术中具有很大的应用前景，同时在雷达成像领域也表现出提高分辨率的应用潜力。如今OAM已成为国内外无线通信、微波技术、雷达技术中的研究热点。射频涡旋电磁波产生技术是近年来国内外电磁学和通信领域的研究热点。瑞典、意大利、日本、韩国等国的多个著名大学和研究机构都开展了广泛的研究工作，我国科研人员也在射频涡旋电磁波相关研究领域取得了许多重要成果。2019年，我国工业和信息化部召开第六代移动通信工作研讨会，将轨道角动量作为六项6G备选关键技术之一，列入国家未来三年重点研究计划，并成立了相应的OAM技术任务组。2020年，清华大学、北京邮电大学、北京交通大学、中国联通、中兴通讯、中科院联合发布的《6G无线热点技术研究白皮书》指出，涡旋电磁波作为一种潜在的6G技术方案，具有重要的应用前景。

作者在西安电子科技大学攻读博士学位期间，在李龙教授的指导下开始对基于人工电磁超表面的涡旋电磁波产生技术开展了研究工作，在此对李龙教授的悉心指导表示由衷感谢。后来，作者在贵州大学工作期间，对基于阵列天线的涡旋电磁波产生、基于共形天线的涡旋电磁波产生以及涡旋电磁波的分析与综合方法等方面做了一定的研究工作。本书的主要内容以作者及所在课题组完成的工作为主，部分内容参考了作者指导的硕士研究生蒋基恒、付犇、汪恒的学位论文，此外，基础理论部分还参考了国内外部分相关文献，在此一并表示感谢。

本书内容分为6个章节。第1章重点介绍了涡旋电磁波的研究背景及意义。第2章简要介绍了涡旋电磁场的基本理论。第3章讨论了基于平面阵列天线的涡旋电磁波产生技术。第4章讨论了基于共形阵列的涡旋电磁波产生技术。第5章讨论了基于人工电磁超表面的涡旋电磁波产生方法。第6章讨论了涡旋电磁波的分析与综合方法。

本书的研究工作获得了国家自然科学基金项目：“人工电磁表面在涡旋电磁波调控中的关键技术研究”(批准号:61961006)和“涡旋电磁波的副瓣和发散角控制技术研究”(批准号:62261007)的资助，在此表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

作者
2022年10月于贵州大学