一、文献综述
1.1课题研究背景及研究意义
着眼当下，现代的无线通信技术发展十分迅速，移动互联网通信用户和各种业务与日俱增，大吞吐率，高传输速率等要求与频谱资源短缺，频带拥塞的矛盾是无线通信行业迫切需要解决的问题。尽管通信在由2,3G发展到现在的4G，以及不久将来的5G，采用了各种技术拓宽通信容量，包括时分复用，频分复用，码分复用，正交频分复用，多输入多输出（MIMO）等技术，但频带资源稀缺的问题仍旧突出，此时，轨道角动量（OAM）作为一个新的维度有望帮助缓解频带拥塞的问题。
电磁波除了携带能量，还带有动量，动量分为线性动量和角动量。其中，角动量由自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）组成。不同的自旋角动量表征为极化的不同。与目前的平面电磁波理论中等相位面与传播方向垂直不同的是，轨道角动量的等相位面沿传播方向螺旋上升前进，其产生的电场是涡旋状的，故携带轨道角动量的电磁波又称为涡旋波，如图1-1。
图1-1 OAM波与常规球面电磁波
OAM电磁波的电场公式（圆柱坐标系下）为：。由公式可以得知，电场相位随着方位角的变化而变化，当变化2pi;时，其相位变化的2pi;倍，定义为OAM的模式，也称之为OAM的拓扑荷值,为了保证波束的相位连续性，取整数，平面电磁波可看成=0的OAM波。相位分量体现了OAM的波束特性，使其产生的场量具有涡旋特点。图1-2是几种不同拓扑荷值的OAM波束图。不同模式的OAM波彼此之间相互正交，可在相同频率范围内实现各模式OAM波同时传输而不受干扰，是继相位，幅度，极化，时间，频率等之后一个新的维度，实现将不同模式的OAM波应用于复用技术中，解决频缺问题。
图1-2 不同拓扑荷值的OAM波（从左到右模数依次是0,1,2,3）
1.2国内外研究现状
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