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标题: 从波束赋形到OAM（一） [打印本页]

作者: luhan 时间: 2021-8-1 10:24
标题: 从波束赋形到OAM（一）
波束赋形仿真

最近一段时间研究了一下无线通信中轨道角动量（OAM）的实现方式，虽然从原理上解释比较简单，但从仿真实现上，仍需要对多天线的实现机制有较多的了解。本文将通过几个示例，逐步介绍OAM在Matlab中的实现方式。

首先我们介绍在Matlab中波束赋形的实现方式，假设有一个K天线阵列，各天线间距为dist，每个天线全向发送余弦波 cos(2pi * f * t + bias_k)，dist = lamda/2，lamda 为波长。

波束赋形天线示意图

令bias_k = k * phi ，让 phi在[0, pi] 内取不同值，在距离第一根天线 d处位置（d>>dist ）计算各天线信号叠加，观测点与天线阵列角度为 [-pi, pi]。可发现观测点的场强随 phi的变化而发生变化，由各天线信号叠加形成的波束指向会随着phi的取值而变化。

具体Matlab 的代码如下：

%初始化余弦波波长、频率、天线个数等参数lamda = 0.1;freq = 3e9;c = lamda * freq; % c为光速dist = lamda /2 ;d = 50;theta = pi;N_ant=16;amp=zeros(1,round(theta / 0.01)+1 ); % 用于存储各观测点的信号幅值

接下来计算在观测点处，各个天线辐射信号叠加的幅度，并作图：

for bias = 0:0.01:pij=1;amp=zeros(1,2* round(theta / 0.01)+1 );for i=-pi:0.01:pi for k = 1:N_ant % 以下式子是用于计算每个天线在d处的叠加 amp(1,j) = amp(1,j) + cos(2*pi*freq * ( d+ (k-1)*dist * cos(i) - (k-1)*dist * cos(bias) )/c ); end j = j+1;endclf;%plot((-pi:0.01:pi)/pi * 180,abs(amp.*cos(i))); %如果没有polarplotdb函数，可以直接在二维坐标系内画幅值与角度关系polarplotdb((-pi:0.01:pi),abs(amp)/N_ant,'-r'); pause(0.1);hold offend

以上仅从空间信号叠加的角度仿真波束赋形，可以得到下图。当然也可以通过数学公式推算，形成一个各方向幅值的表达式，本文不再对这部分开展描述。

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