[发明专利]基于光载无线技术的毫米波轨道角动量通信装置及方法

摘要

本发明公开了基于光载无线技术的毫米波轨道角动量通信装置及方法，包括八路光学毫米波相位调制链路，环形发射天线阵以及环形接收天线阵，以轨道角动量作为一个新的信息承载维度，大幅提高毫米波通信容量以及频谱利用率，利用光载无线技术将毫米波的轨道角动量调制从电域搬移至光域，从而实现毫米波轨道角动量的高速调制，并利用天线阵将毫米波轨道角动量信号辐射至自由空间以及接收解调。本发明的毫米波轨道角动量通信系统突破了传统轨道角动量调制速度慢，解调复杂、效率低下等不足；兼具光载无线通信的优势，可以利用光纤来实现毫米波轨道角动量信息的长距离传输；可拓展传统无线解调技术来实现毫米波轨道角动量的解调，保证了系统的便捷性。

主权项

1.基于光载无线技术的毫米波轨道角动量通信装置，其包括：光学毫米波相位调制链路、与光学毫米波相位调制链路相连接的环形发射天线阵和环形接收天线阵；所述光学毫米波相位调制链路用于将轨道角动量相位信息调制至光学毫米波信号的高阶上边带/下边带，经过高速光电探测器拍频后产生毫米波信号；所述环形发射天线阵用于将毫米波信号辐射至自由空间形成涡旋毫米波；所述环形接收天线阵用于接收涡旋毫米波；所述光学毫米波相位调制链路为八路光学毫米波相位调制链路，其具体包括：激光光源、用于耦合调节波长的激光光源输出的光束的第一耦合器、用于调制光源并抑制奇数阶光边带得到两个二阶边带及中心光载波的马赫增德尔调制器、用于驱动马赫增德尔调制器对光源进行调制的RF射频发生器、用于过滤中心载波的梳状滤波器、用于滤波得到光载波二阶上/下边带并将轨道角动量相位信号映射调制至光载波上/下边带上的滤波调制单元、用于将光载波耦合进入光纤的第二耦合器、用于传输光载波的光纤、用于放大光载波的放大器和用于进行滤波拍频产生携带轨道角动量相位信息的毫米波信号的高速滤波光电探测单元；所述高速滤波光电探测单元由八路滤波器及高速光电探测器组成；所述高速滤波光电探测单元具体用于将八路光学毫米波信号滤出，并进行拍频产生携带相位/幅度信息的100GHz毫米波信号，以使得拍频产生毫米波信号时保留相位/幅度信息，并且在光域中进行高速相位调制；所述毫米波信号通过25GHz的射频发生器驱动单一马赫增德尔调制器同时调制八路光源，在光域中实现射频源信号的四倍频产生100GHz的光学毫米波信号；所述基于光载无线技术的毫米波轨道角动量通信装置的工作过程为：八个激光光源输出的光束调节波长后通过第一耦合器耦合，并使用25GHz的射频发生器驱动马赫增德尔调制器对光源进行调制，抑制奇数阶光边带得到两个二阶边带及中心光载波；通过梳状滤波器滤去中心载波，并使用滤波调制单元滤波得到八路光载波二阶上/下边带和一路完整光载波，将轨道角动量相位信号映射调制至其上/下边带上，经第二耦合器耦合后进入标准单模光纤传输至基站；在基站使用高速滤波光电探测单元进行滤波拍频，产生携带轨道角动量相位信息的八路100GHz毫米波信号；所述毫米波信号经发射端八根天线组成的环形发射天线阵辐射至自由空间，形成涡旋毫米波信号，在接收端通过环形接收天线阵接收涡旋毫米波信号;所述滤波调制单元包括：用于滤波得到八路光载波二阶上/下边带和一路完整光载波的滤波器和用于将轨道角动量相位信号映射调制至二阶上/下边带上的相位调制器;通过采用轨道角动量作为信息承载维度，以提高毫米波通信容量以及频率利用率。