具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

本发明实施例公开了一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法及系统，能够通过天线阵元的立体架构对空间中各个方向进行OAM信号辐射，增加信号覆盖，克服了传统二维平面OAM天线仅能辐射某一个方向，而且对二维平面N元UCA，馈电网络中移相器的个数与阵列阵元数相等，若要同时产生L个OAM模态，移相器个数将成倍增加。但本发明提出的三维球型OAM天线通过适当增加功分器，大大减少了移相器的使用，有效降低了馈电网络复杂度。进而本发明所公开的立体八边形OAM天线在减少移相器使用的基础上还大大减少了天线阵元数量。由此，通过本发明提供的三维球型及其拓展结构立体八边形两种OAM天线架构方式，可在室内通信场景中增强OAM信号覆盖。

实施例一

请参阅图1，图1为本发明实施例公开的一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法的流程示意图。其中，该用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法可以应用在OAM系统，对于所应用的天线架构系统本发明实施例不做限制。如图1所示，该用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法可以包括以下操作：

101、将天线阵元按照预置的排布规律设置在三维图形顶点上形成天线阵元之间的几何关系。

本申请的主要设计构思在于将天线阵元的排列从二维空间搬移到了三维空间，并且通过将天线阵元按照一定规律排布在三维图形上，再根据阵元之间的几何关系划分多个子阵列，对天线阵元统一进行相位激励，这样各子阵列就可以分别产生携带不同模态的涡旋电磁波，使得每个子阵列辐射一个方向，从而实现室内OAM信号全覆盖。具体地，该三维图形包括球形、立体多边形地，本申请不对该三维图形进行限定。示例性地，将一定数量，假设为数量为N的天线阵元等间隔均匀排放在半径一定的球形的圆周上。

102、根据天线阵元之间的几何关系将天线阵元划分为多个子阵列。

之后，根据不同天线阵元的几何关系对子阵列进行划分，示例性地，在本实施例的球形几何关系中，子阵列为八个。

103、对天线阵元统一进行相位激励，使得多个子阵列分别产生携带不同模态的涡旋电磁波以使每个子阵列辐射一个方向。

具体实现为：为了实现天线阵元之间的具有不同模态，对所有天线阵列馈送相同幅度的调制信号，并令相邻天线阵元之间有一个连续变化的相位延迟Δ = 2πl/N（其中l为所需模态值），使得涡旋波束绕传输轴旋转一周后，相位改变2πl，通过改变天线阵元之间馈电相位差的大小便可以产生不同模态的OAM波束。

具体地，为了更加详细的说明本实施例的原理和实现过程，以三维图形为球形为例进行阐述，如图2和图3所示，为一三维球型OAM天线结构及辐射俯视图，可见，三维球型OAM天线的阵元分布在垂直于z轴的第一圆周Circle-1和第二圆周Circle-2上，所有天线阵元相同，在第一圆周Circle-1上均匀排布16个天线阵元，依次赋予编号为#1和#2，在第二圆周Circle-2上依次排布16个阵元，依次赋予编号为#3和#4。其中，以圆圈连起来的#1、#2、#3和#4四个阵元构成一个子阵列，子阵列阵元间距相等，且均匀排布在圆圈连起来的圆周上，构成均匀圆形天线阵列。根据UCA通信协议产生OAM原理，每个四元子阵列都可产生携带-1，0，+1三个模态的涡旋电磁波。那么该球型OAM天线共设计8组子阵列，每个子阵列就可以辐射一个方位，从而实现室内OAM信号全覆盖。

进一步地，该三维球型OAM天线阵元馈电流程如图4所示：对每一个子阵列，当辐射+1模态涡旋电磁波时，#1，#2，#3，#4四个阵元辐射信号的相位值依次为{0, π/2, π, 3π/2}（相位差Δ= π/2）；当辐射-1模态时，四个阵元辐射信号的相位值依次为{0, -π/2, -π, -3π/2}（相位差Δ= -π/2）。以辐射+1模态为例，首先将涡旋电磁波信号通过一个四功分器分成四路，分别送往移相器1、移相器2、移相器3和移相器4，使分路信号分别获得0，π/2，π，3π/2的相位激励，然后再依次通过八功分器将分路信号分为8路，依次馈给编号为#1、#2、#3和#4的天线阵元，最后各子阵列独立产生携带+1模态的涡旋电磁波。由此，能够通过天线阵元的球形架构对空间中各个方向进行OAM信号辐射，增加信号覆盖。

实施例二

请参阅图5和图6，图5和图6为本发明实施例公开的一种立体八边形OAM天线结构及辐射俯视图。为了更好的支持本发明公开的构思，在本实施例中，以三维图形为立体八边形示例，进行阐述。

如图5和图6所示，该立体八边形OAM天线的上下表面为相等的两个正八边形，侧面为8个正方形，即上下表面的边长与立体结构的高度相等，两个正八边形的外切圆分别与第一圆周Circle-1和第二圆周Circle-2重合（设Circle-1和Circle-2半径相等）。其中，图中包括第一编号的天线阵元、第二编号的天线阵元、第三编号的天线阵元和第四编号的天线阵元，具体可表示为图中较深区域的第一编号的天线阵元#1、第二编号的天线阵元#2、第三编号的天线阵元#3、第四编号的天线阵元#4组成一个子阵列，四个阵元均匀排布在第一圆周上，分别受到{0, π/2, π, 3π/2}（相位差Δ=π/2）的相位激励后辐射携带+1模态的涡旋电磁波；较浅区域的#1、#2、#3、#4组成一个子阵列，四个阵元均匀排布在第二圆周上，分别受到{0, π/2, π, 3π/2}（相位差Δ= -π/2）的相位激励后辐射携带-1模态的涡旋电磁波。因为相邻两个子阵列会有两个阵元被复用，因此与三维球型OAM天线相比，产生同等数量OAM模态时，立体八边形OAM天线所需天线阵元数量更少，是三维球型OAM天线的一半。

进一步地，该三维球型OAM天线阵元馈电流程如图7所示：首先将输入信号通过一个四功分器分成四路生成第一信号、第二信号、第三信号和第四信号，将第一信号依次通过第一移相器和四功分器生成四路具有相同相位激励的第一分路信号，将四路具有相同相位激励的第一分路信号反馈至第一编号的天线阵元上，将第二信号依次通过第二移相器和四功分器生成四路具有相同相位激励的第二分路信号，并将四路具有相同相位激励的第二分路信号反馈至第二编号的天线阵元上，将第三信号依次通过第三移相器和四功分器生成四路具有相同相位激励的第三分路信号，并将四路具有相同相位激励的第三分路信号反馈至第三编号的天线阵元上，将第四信号依次通过第四移相器和四功分器生成四路具有相同相位激励的第四分路信号，并将四路具有相同相位激励的第四分路信号反馈至第四编号的天线阵元上，由此，使得逆时针排布的四个阵元组成的子阵列辐射第一涡旋电磁波，顺时针排布的子阵列辐射第二涡旋电磁波。作为一种具体实施方式，首先将输入信号分别送往移相器1、移相器2、移相器3和移相器4，使分路信号分别获得{0, π/2, π, 3π/2}的相位激励，然后再依次通过四功分器将分路信号分为4路，依次馈给编号为#1、#2、#3和#4的天线阵元，最后各子阵列独立产生携带+1或-1模态的涡旋电磁波。对于顺时针和逆时针排布的子阵列都依照同样的流程实现，在此不进行赘述。

进一步地，对于接收端天线配置与发射端子阵列相同，即设置一个四元阵列以及解调网络，其中，解调网络中各移相器相位设置为{0, -π/2, -π, -3π/2}或{0, π/2, π, 3π/2}，根据OAM模态间的正交性便可以对发射OAM信号进行解调，从而完成OAM通信。由此，能够通过天线阵元的立体八边形架构对空间中各个方向进行OAM信号辐射，增加信号覆盖。

实施例三

请参阅图8，图8为本发明实施例公开的一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构系统示意图。如图8所示，该用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构系统可以包括：

排布配置模块1，用于将天线阵元按照预置的排布规律设置在三维图形顶点上形成天线阵元之间的几何关系。示例性地，将一定数量，假设为数量为N的天线阵元等间隔均匀排放在半径一定的球形的圆周上。

划分模块2，用于根据所述天线阵元之间的几何关系将所述天线阵元划分为多个子阵列。根据不同天线阵元的几何关系对子阵列进行划分，示例性地，在本实施例的球形几何关系中，子阵列为八个。

全覆盖模块3，用于对所述天线阵元统一进行相位激励，使得所述多个子阵列分别产生携带不同模态的涡旋电磁波以使每个子阵列辐射一个方向。具体实现为：为了实现天线阵元之间的具有不同模态，对所有天线阵列馈送相同幅度的调制信号，并令相邻天线阵元之间有一个连续变化的相位延迟Δ = 2πl/N（其中l为所需模态值），使得涡旋波束绕传输轴旋转一周后，相位改变2πl，通过改变天线阵元之间馈电相位差的大小便可以产生不同模态的OAM波束。

具体地，三维图形包括球形，排布配置模块实现为：将天线阵元设置为均匀分布在垂直于球形z轴的第一圆周和第二圆周上。根据第一圆周和第二圆周上设置的天线阵元构成均匀排布的子阵列。子阵列为八个，全覆盖模块包括：四功分器、移相器、八功分器；四功分器、移相器、八功分器用于将输入信号生成三十二路具有相位激励的分路信号。反馈单元，用于将三十二路具有相位激励的分路信号反馈至八个子阵列，使得八个子阵列产生涡旋电磁波。

具体地，三维图形包括立体八边形，排布配置模块实现为：将天线阵元设置为分布在垂直于球形z轴的第一圆周和第二圆周上。根据第一圆周和第二圆周上设置的天线阵元构成均匀排布的子阵列。其中，立体八边形包括上下表面的边长与立体八边形的高度相等的两个正八边形，侧面为八个正方形，两个正八边形的外切圆分别与第一圆周和第二圆周重合。子阵列为八个，全覆盖模块包括：两个四功分器、移相器、八功分器。四功分器、移相器、八功分器用于将第一信号/第二信号/第三信号/第四信号分别各生成八路具有相位激励的分路信号。反馈单元，用于将具有相位激励的分路信号反馈至四个逆时针排布/顺时针排布的子阵列，使得四个顺时针排布的子阵列携带有第一涡旋电磁波/所述四个逆时针排布的子阵列产生第二涡旋电磁波信号。

由此，能够通过天线阵元的立体架构对空间中各个方向进行OAM信号辐射，增加信号覆盖，克服了传统二维平面OAM天线仅能辐射某一个方向，而且对二维平面N元UCA，馈电网络中移相器的个数与阵列阵元数相等，若要同时产生L个OAM模态，移相器个数将成倍增加。但本发明提出的三维球型OAM天线通过适当增加功分器，大大减少了移相器的使用，有效降低了馈电网络复杂度。进而本发明所公开的立体八边形OAM天线在减少移相器使用的基础上还大大减少了天线阵元数量。由此，通过本发明提供的三维球型及其拓展结构立体八边形两种OAM天线架构方式，可在室内通信场景中增强OAM信号覆盖。

实施例四

请参阅图9，图9是本发明实施例公开的一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构装置的结构示意图。其中，图9所描述的用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构装置可以应用在OAM系统，对于该用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构的应用系统本发明实施例不做限制。如图9所示，该装置可以包括：

存储有可执行程序代码的存储器601；

与存储器601耦合的处理器602；

处理器602调用存储器601中存储的可执行程序代码，用于执行实施例一或实施例二所描述的用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法。

实施例五

本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例一或实施例二所描述的用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法。

实施例六

本发明实施例公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，且该计算机程序可操作来使计算机执行实施例一或实施例二中所描述的用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法。

以上所描述的实施例仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种用于增强室内信号覆盖的三维OAM天线架构实现方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。