[发明专利]时间调制阵列多模电磁涡旋发射机及其使用方法

权利要求书

1.时间调制阵列TMAs多模电磁涡旋发射机，所述发射机包括信道处理单元、高速射频开关和均匀圆形天线阵列；其特征在于：所述信号处理单元用于产生时间开关序列用于控制每个射频开关的周期性开启和关闭，所述高速射频开关根据开关序列控制射频信号的发送指令，所述均匀圆形天线阵列用于发射具有时间延迟的相同射频信号。

2.根据权利要求1所述的时间调制阵列多模电磁涡旋发射机，其特征在于：所述信号处理单元用于产生周期性的时间控制阵列，每个时间块只能有一个高速射频开关处于开启状态。

3.根据权利要求1所述的时间调制阵列多模电磁涡旋发射机，其特征在于：所述高速射频开关是周期性的顺序开启和关闭。

4.根据权利要求1所述的时间调制阵列多模电磁涡旋发射机，其特征在于：所述均匀圆形天线阵列有4个天线单元，且所有天线单元在一个符号周期内发送相同的射频信号。

5.根据权利要求4所述的时间调制阵列多模电磁涡旋发射机，其特征在于：相邻所述天线单元间距大于半波长间距，圆形天线阵列的半径为0.5倍波长。

6.根据权利要求5所述的时间调制阵列多模电磁涡旋发射机，其特征在于：所述均匀圆形阵列冲激响应表示为

其中，N表示发射均匀圆形阵列天线单元数，表示第n个天线单元与参考天线单元之间的相位差，ψ表示发射端俯仰角，表示发射端方位角。

7.根据权利要求6所述的时间调制阵列多模电磁涡旋发射机，其特征在于：利用所述时间开关序列实现不同天线单元发射信号之间的时间差得到需要的相位差，根据均匀圆形阵列冲击响应，对于第m个数据流，时间调制阵列输出表示为：

其中，s_n(m)e^j2πft表示在第n个天线单元上第m个载频为f传统射频信号，表示波数，λ表示波长，I_n(t)表示时间开关序列，其表达式为：

其中，u表示整数，T_s表示开关序列周期；开关序列的傅里叶展开为：

其中，l为傅里叶级数的阶数，同时也表示电磁涡旋波的模态数，其傅里叶展开对应的谐波系统表达为：

均匀圆形阵列的输出写为：

其中，表示谐波信号幅度，表示第n个天线单元与初始天线单元间相位差，表示TSAs的调至采样频率，表示第n天线单元处于开启状态的时间占空比，表示第n个天线单元处于关闭状态的时间占空比。

8.基于权利要求1或4或6或7所述发射机的使用方法，其特征在于：根据所述均匀圆形天线阵列中天线单元的数量设计一个具有相同数量时间资源块的开关序列；利用预设计的开关序列顺序性开启和关闭射频天线单元，产生具有均匀递增相位差的多个相同信息源的射频信号，根据开关序列展开所得傅里叶级数表达式，计算出输出信号表达式，确定同时产生的多个模态和频率的涡旋信号分布，根据利用相同的开关调制原理解调接收电磁涡旋波信号。