ВИХРЕВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ: ИЗЛУЧЕНИЕ, ПРИЕМ, ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
- Авторы: Азаров M.В.1, Айрапетян А.А.1, Калошин В.А.2, Лялин К.С.1, Мелёшин Ю.М.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
- Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
- Выпуск: Том 70, № 3 (2025)
- Страницы: 187-208
- Раздел: ОБЗОР
- URL: https://ogarev-online.ru/0033-8494/article/view/304540
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0033849425030011
- EDN: https://elibrary.ru/fwjzon
- ID: 304540
Цитировать
Аннотация
Представлен обзор достижений в области исследований электромагнитных волн со спиральным фазовым фронтом и их приложений. Рассмотрены известные способы излучения и приема таких волн, а также их применения с целью увеличения эффективности использования частотного спектра в системах радиосвязи за счет одновременной передачи сигналов на нескольких вихревых модах с различными угловыми индексами, улучшения характеристик радиолокационных систем с синтезированной апертурой за счет получения дополнительной информации, методы уменьшения обратного рассеяния радиолокационных объектов. Обсуждаются пути дальнейших исследований.
Ключевые слова
Об авторах
M. В. Азаров
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Email: vak@cplire.ru
пл. Шокина, 1, Зеленоград, Москва, 124498 Российская Федерация
А. А. Айрапетян
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Email: vak@cplire.ru
пл. Шокина, 1, Зеленоград, Москва, 124498 Российская Федерация
В. А. Калошин
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
Email: vak@cplire.ru
ул. Моховая, 11, стр. 7, Москва, 125007 Российская Федерация
К. С. Лялин
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Email: i@imym.ru
пл. Шокина, 1, Зеленоград, Москва, 124498 Российская Федерация
Ю. М. Мелёшин
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Автор, ответственный за переписку.
Email: vak@cplire.ru
пл. Шокина, 1, Зеленоград, Москва, 124498 Российская Федерация
Список литературы
- Poynting J.H. // Proc. Royal Soc. London A. 1909. V. 82. № 557. P. 560. https://doi.org/10.1098/rspa.1909.0060
- Allen L., Beijersbergen M.W., Spreeuw R.J. et al. // Phys. Rev. 1992. V. 45. № 11. P. 8185. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.45.8185
- Gecevicius M., Drevinskas R., Beresna M., Kazansky P. // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. № 23. P. 231110. https://doi.org/10.1063/1.4882418
- Бузов А.Л. // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1999. № 3. С. 75.
- Бузов А.Л. // Радиотехника. 1999. № 7. С. 48.
- Бузов А.Л. // Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42. № 11. С. 1085.
- Thidé B., Then H., Sjöholm J. et al. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. № 8. P. 087701. https://doi.org/10.1103/Phys. Rev. Lett. 99.087701
- Tamburini F., Mari E., Sponselli A. et al. // New J. Physics. 2012. V. 14. № 3. P. 033001. https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/3/033001
- Yan Y., Xie G., Lavery M.P., Huang H. et al. // Nature Commun. 2014. V. 5. № 1. P. 4876. https://doi.org/10.1038/ncomms5876
- Mahmouli F.E., Walker S.D. // IEEE Wireless Commun. Lett. 2013. V. 2. № 2. P. 223. https://doi.org/10.1109/WCL.2013.012513.120686
- Isakov D., Wu Y., Allen B., Grant P.S. et al. // Royal Soc. Open Science. 2020. V. 7. № 7. Article No. 200493. https://doi.org/10.1098/rsos.200493
- Cheng L., Hong W., Hao Z.C. // Scientific Reports. 2014. V. 4. № 1. Article No. 04814. https://doi.org/10.1038/srep04814
- Schemmel P., Pisano G., Maffei B. // Optics Express. 2014. V. 22. № 12. P. 14712. https://doi.org/10.1364/OE.22.014712
- Allen B., Pelham T., Wu Y. et al. // Royal Soc. Open Science. 2019. V. 6. № 12. Article No. 191419. https://doi.org/10.1098/rsos.191419
- Алтынников А.Г., Платонов Р.А., Тумаркин А.В., Медведева В.В. // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2019. Т. 1. С. 479.
- Сосунов А.М., Алтынников А.Г., Платонов Р.А. и др. Устройство для одновременного формирования ЭМ волн с различными ненулевыми ОУМ на одной несущей частоте. Патент РФ № 2 784 530. Опубл. офиц. бюл. “Изобретения. Полезные модели” № 34 от 10.12.2022.
- Byun W.J., Lee Y.S., Kim B.S. et al. // Electronics Lett. 2015. V. 51. № 19. P. 1480. https://doi.org/10.1049/el.2015.1833
- Mari E., Spinello F., Oldoni M. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2015. V. 14. P. 556. https://doi.org/10.1109/LAWP.2014.2369536
- Qin F., Yi J., Cheng W. et al. // Proc. 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018). London. 9–13 Apr. N.Y.: IEEE, 2018. Рaper No. 0685. https://doi.org/10.1049/cp.2018.0685
- Byun W.J., Kim K.S., Kim B.S. et al. // Scientific Reports. 2016. V. 6. № 1. Article No. 27339. https://doi.org/10.1038/srep27339
- Zhang W., Zheng S., Hui X. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propaga-tion Lett. 2017. V. 16. P. 194. https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2569540
- Bai Q., Tennant A., Allen B. // Electronics Lett. 2014. V. 50. № 20. P. 1414. https://doi.org/10.1049/el.2014.2860
- Bi K., Xu J., Yang D. et al. // IEEE Photonics J. 2019. V. 11. № 2. Article No. 7901508. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2019.2899236
- Fang L., Yao H., Henderson R.M. // Proc. 2017 IEEE MTT-S Int.Microwave Symp. (IMS). Honololu. 04–09 Jun. N.Y.: IEEE, 2017. Р. 658. https://doi.org/10.1109/MWSYM.2017.8058655
- Kang L., Li H., Zhou J. et al. // IEEE Trans. 2019. V. АР‑67. № 7. P. 4866. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2916595
- Li H., Kang L., Dong K. // IEEE Access. 2020. V. 8. Article No. 211248. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3038568
- Du Y.X., Liu H., Qin L., Li B.S. // IEEE Access. 2020. V. 8. Article No. 48599. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2979945
- Liu Q., Chen Z.N., Liu Y. et al. // IEEE Trans. 2018. V. АР‑66. № 4. P. 1796. https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2803757
- Liu B., Cui Y., Li R. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2017. V. 16. P. 744. https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2601615
- Wang Y.Y., Du Y.X., Qin L., Li B.S. // IEEE Access. 2026. V. 6. Article No. 64603. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2877782
- Zhang Y.M., Li J.L. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2019. V. 18. № 3. P. 417. https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2893035
- Spinello F., Mari E., Oldoni M. et al. // arXiv preprint. 2015. https://doi.org/10.48550/arXiv.1507.06889
- Liu K., Liu H., Qin Y. et al. // IEEE Trans. 2016. V. АР‑64. № 9. P. 3850. https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2589960
- Gong Y., Wang R., Deng Y. et al. // IEEE Trans. 2017. V. АР‑65. № 6. P. 2940. https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2695526
- Guo Z.G., Yang G.M. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2017. V. 16. P. 404. https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2581204
- Qin F., Li L., Liu Y. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2019. V. 18. № 9. P. 1941. https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2934524
- Bai Q., Tennant A., Allen B., Rehman M.U. // Proc. 2013 Loughborough Antennas & Propagation Conf. (LAPC). Loughborough. 11–12 Nov. N.Y.: IEEE, 2013. Р. 410. https://doi.org/10.1109/LAPC.2013.6711931
- Li H., Kang L., Wei F. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2017. V. 16. P. 3022. https://doi.org/10.1109/LAWP.2017.2758520
- Liu B., Lin G., Cui Y., Li R. // Scientific Reports. 2017. V. 7. № 1. Article No. 9852. https://doi.org/10.1038/s41598-017-10364-4
- Deng C., Chen W., Zhang Z. et al. // Int. J. Antennas and Propagation. 2013. V. 2013. Article No. 847859. https://doi.org/10.1155/2013/847859
- Bai X., Jin R., Liu L. et al. // Int. J. Antennas and Propagation. 2015. V. 2015. Article No. 132549. https://doi.org/10.1155/2015/132549
- Bai X.D., Liang X.L., Sun Y.T. et al. // Scientific Reports. 2017. V. 7. № 1. Article No. 40099. https://doi.org/10.1038/srep40099
- Wu J., Zhang Z., Ren X. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2019. V. 18. № 7. P. 1482. https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2920695
- Абдрахманова Г.И., Грахова Е.П., Ишмияров А.А. и др. // Тр. Конф. Проблемы техники и технологий телекоммуникаций ПТиТТ‑2020. Самара. 17–20 нояб. Самара: Поволжский гос. ун-т телекоммуникаций и информатики, 2020. С. 327.
- Naseri H., PourMohammadi P., Melouki N. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2023. V. 22. № 2. P. 402. https://doi.org/10.1109/LAWP.2022.3214123
- Meng Z.K., Shi Y. // IEEE Trans. 2023. V. АР‑71. № 2. P. 1820. https://doi.org/10.1109/TAP.2022.3228773
- Wu J., Fan M., Lu X. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2024. V. 23. № 4. P. 1261. https://doi.org/10.1109/LAWP.2024.3351679
- An C., Lei J., Li W. et al. // IEEE Trans. 2023. V. АР‑71. № 9. P. 7028. https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3278842
- Kou N., Yu S. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2024. V. 23. № 4. P. 1211. https://doi.org/10.1109/LAWP.2024.3349562
- Yu S., Kou N. // IEEE Trans. 2023. V. АР‑71. № 2. P. 1539. https://doi.org/10.1109/TAP.2022.3225587
- Zhu D., Hu J., Lin B., Wu W. // IEEE Trans.2023. V. АР‑71. № 8. P. 6318. https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3280748
- Luo S., Hu J., Jiang T. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2023. V. 22. № 9. P. 2120. https://doi.org/10.1109/LAWP.2023.3277921
- Long L., Xiaoxiao Z. // Scientific Reports. 2018. V. 8. № 1. Article No. 5128. https://doi.org/10.1038/s41598-018-23415-1
- Мелешин Ю.М. // Труды МАИ. 2024. № 135.
- Pan Y., Zheng S., Zheng J. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2017. V. 16. P. 385. https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2578958
- Akram M.R., Gui L., Liu D. // Proc. 2016 Asia-Pacific Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility (APEMC). Shenzhen. 17–21 May. N.Y.: IEEE, 2016. Р. 591. https://doi.org/10.1109/APEMC.2016.7522806
- Liang J., Zhang S. // IEEE Access. 2016. V. 4. Article No. 9570. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2016.2636166
- Jian R., Kwok Wa L. // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 112. № .13. P. 131103. https://doi.org/10.1063/1.5021951
- Nur A., Abd R., Shehab N. et al. // Micromachines. 2023. V. 14. № 4. P. 841. https://doi.org/10.3390/mi14040841
- Hui X., Zheng S., Chen Y. // Scientific Reports. 2015. V. 15. Article No. 10148. https://doi.org/10.1038/srep10148
- Zheng S., Hui X., Jin X. et al. // Proc. 2015 IEEE Int. Conf. on Computational Electromagnetics. Hong Kong. 02–05 Feb. N.Y.: IEEE, 2015. Р. 239. https://doi.org/10.1109/COMPEM.2015.7052619
- Bai X., Liang X., Yao Y. et al. // Proc. 2016 IEEE Int. Symp. on Antennas and Propagation (APSURSI). Fajardo. 26 Jun. — 01 Jul. N.Y.: IEEE, 2016. Р. 1215. https://doi.org/10.1109/APS.2016.7696315
- Shixing Y., Long L., Guangming S. et al. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 108. № 24. P. 241901. https://doi.org/10.1063/1.4953786
- Ji C., Song J., Huang C. et al. // Optics Express. 2019. V. 27. № 1. P. 34. https://doi.org/10.1364/OE.27.000034
- Xu B., Wu C., Wei Z. et al. // Optical Materials Express. 2016. V. 6. P. 3940. https://doi.org/10.1364/OME.6.003940
- Chen M.L., Jiang L.J., Wei E.I. // IEEE Trans. 2017. V. АР‑65. № 1. P. 396. https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2626722
- Bai X., Kong F., Qian J. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2019. V. 18. № 12. P. 2696. https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2949085
- Guo K., Zheng Q., Yin Z., Guo Z. // IEEE Access. 2020. V. 8. Article No. 75523. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2988914
- Huang H.F., Li S.N. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2019. V. 18. № 3. P. 432. https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2893321
- Li N., Zheng S., Yang H. et al. // IEEE Trans. 2024. V. МТТ‑72. № 2. P. 1302. https://doi.org/10.1109/TMTT.2023.3300193
- Yang H., Zheng S., Zhang H. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2024. V. 23. № 3. P. 1124. https://doi.org/10.1109/LAWP.2023.3345935
- Yang H., Zheng S., Zhang H. et al. // IEEE Trans. 2023. V. АР‑71. № 5. P. 4194. https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3255539
- Ishfaq M., Li X., Qi Z. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett.2023. V. 22. № 8. P. 2007. https://doi.org/10.1109/LAWP.2023.3271675
- Jiang L., Yu S., Kou N. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2023. V. 22. № 11. P. 2654. https://doi.org/10.1109/LAWP.2023.3303222
- Liao D., Ren X., Jing L. et al. // IEEE Trans. 2023. V. АР‑71. № 6. P. 4737. https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3266509
- Qin F., Zeng L., Liu S. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2024. V. 23. № 1. P. 59. https://doi.org/10.1109/LAWP.2023.3317273
- Yesilyurt U., Polat H.K. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2023. V. 22. № 5. P. 1139. https://doi.org/10.1109/LAWP.2023.3234591
- Li Q., Wu C., Zhang Z. et al. // IEEE Trans. 2023. V. АР‑71. № 1. P. 774. https://doi.org/10.1109/TAP.2022.3217192
- Bian C., Zhou D., Yang H. et al. // IEEE Trans. 2024. V. АР‑72. № 1. P. 1009. https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3317142
- Ali A., Khalily D., Serghioy D., Tafazoli R. // IEEE Access. 2023. V. 11. Article No. 12394. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3242647
- Beccaria M., Dassano G., Pirinoli P. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2023. V. 22. № 5. P. 980. https://doi.org/10.1109/LAWP.2022.3229559
- Ishfaq M., Li X., Qi Z. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2024. V. 23. № 2. P. 688. https://doi.org/10.1109/LAWP.2023.3333234
- Wang C., Yu H., Wu J. et al. // IEEE Trans. 2024. V. АР‑72. № 7. P. 5767. https://doi.org/10.1109/TAP.2024.3404849
- He X., Deng L., Feng B. et al. // IEEE Trans. 2023. V. АР‑71. № 7. P. 5532. https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3237157
- Shen F., Mu J., Guo Z., Guo K. // IEEE Trans.2019. V. АР‑67. № 9. P. 5763. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2922545
- Zhang Z., Xiao S., Li Y., Wang Z. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2017. V. 16. P. 521. https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2586975
- Barbuto M., Trotta F., Bilotti F., Toscano A. // Progress In Electromagnetics Research. 2014. V. 148. P. 23. https://doi.org/10.2528/PIER14050204
- Weiguo D., Yongzhong Z., Yang Y., Kaiwei Z. // IEICE Electronics Express. 2018. V. 15. № 12. Article No. 20180370. https://doi.org/10.1587/elex.15.20180370
- Xu C., Zheng S., Zhang W. et al. // IEEE Microwave and Wireless Components Lett. 2016. V. 26. № 9. P. 738. https://doi.org/10.1109/LMWC.2016.2597262
- Yang W.W., Dong X.Y., Sun W.J., Chen J.X. // IEEE Access. 2018. V. 6. Article No. 21212. https://doi.org/10.1109/access.2018.2826783
- Gao S., Cheng W., Zhang W. et al. // arXiv preprint. arXiv:1809.04845. 2018. https://doi.org/10.48550/arXiv.1809.04845
- Cheng W., Zhang W., Jing H. et al. // IEEE Wireless Commun. 2018. V. 26. № 1. P. 100. https://doi.org/10.1109/MWC.2017.1700370
- Yan Y., Xie G., Lavery M.P., Huang H. et al. // Nature Commun. 2014. V. 5. № 1. P. 4876. https://doi.org/10.1038/ncomms5876
- Wang L., Jiang F., Yuan Z. et al. // IET Commun. 2018. V. 12. № 12. P. 1416. https://doi.org/10.1049/IET-COM.2017.1182
- Ren Y., Li L., Xie G. et al. // IEEE Trans. 2017. V. WC‑16. № 5. P. 3151. https://doi.org/10.1109/TWC.2017.2675885
- Yagi Y., Sasaki H., Yamada T. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2021. V. 20. № 5. P. 833. https://doi.org/10.1109/LAWP.2021.3065098
- Djordjevic I.B. // IEEE Access. 2017. V. 5. Article No. 16416. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2735994
- Luo J., Wang S., Wang F. // IEEE Commun. Lett. 2019. V. 23. № 7. P. 1178. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2019.2916056
- Trichili A., Park K., Zghal M. et al. // IEEE Commun. Surveys & Tutorials. 2019. V. 21. № 4. P. 3175. https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2915981
- Jamin A., Mähönen P. // Wireless Commun. and Mobile Computing. 2005. V. 5. № 2. P. 123. https://doi.org/10.1002/wcm.201
- Morgan K.S., Miller J.K., Cochenour B.M. et al. // J. Optics. 2016. V. 18. № 10. P. 104004. https://doi.org/10.1088/2040-8978/18/10/104004
- Liu K., Cheng Y., Li X. et al. // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2016. V. 10. № 9. P. 961. https://doi.org/10.1049/IET-MAP.2015.0842
- Wang L., Tao L., Li Z. et al. // 2019 6th Asia-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar (APSAR). Xiamen. 26–29 Nov. N.Y.: IEEE, 2019. Paper No. 9048450. https://doi.org/10.1109/APSAR46974.2019.9048450
- Bu X., Zhang Z., Chen L. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2018. V. 17. № 5. P. 764. https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2814980
- Zhang C., Yuan H., Zhang Q. et al. // IEEE Access. 2022. V. 10. Article No. 87630. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3199654
- Liu K., Cheng Y., Gao Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 110. № 16. Article No. 164102. https://doi.org/10.1063/1.4981253
- Yuan T., Wang H., Qin Y. et al. // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2016. V. 15. P. 1024. https://doi.org/10.1109/LAWP.2015.2490169
- Luo Y., Chen Y., Zhu Y. et al. // IET Radar, Sonar & Navigation. 2020. V. 14. № 1. P. 2. https://doi.org/10.1049/IET-RSN.2019.0124
- Yang T., Huang W., Lu X. //IEEE Access. 2020. V. 8. P. 221103. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3042529
- Yuan T., Wang H., Cheng Y. et al. // Sensors. 2017. V. 17. № 3. P. 630. https://doi.org/10.3390/S17030630
- Bu X.X., Zhang Z., Chen L.Y. et al. // IEEE Access. 2019. V. 7. Article No. 82693. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2908209
- Semenikhin A.I., Semenikhina D.V. // 2023 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). Divnomorskoe. 26–30 Jun. N.Y.: IEEE, 2023. P. 296. https://doi.org/10.1109/RSEMW58451.2023.10201940
- Semenikhin A.I., Semenikhina D.V. // 2023 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). Divnomorskoe. 26–30 Jun. N.Y.: IEEE, 2023. P. 300. https://doi.org/10.1109/RSEMW58451.2023.10202052
- Semenikhin A.I., Semenikhina D.V., Yukhanov Y.V. // 2023 IEEE Radio and Antenna Days of the Indian Ocean (RADIO). Balaclava. 01–04 May. N.Y.: IEEE, 2023. Paper No. 10146073. https://doi.org/10.1109/RADIO58424.2023.10146073
- Semenikhin A.I., Semenikhina D.V., Yukhanov Y.V. // 2023 Int Conf. on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA). Venice. 09–13 Oct. N.Y.: IEEE, 2023. P. 19. https://doi.org/10.1109/ICEAA57318.2023.10297857
- Семенихин А.И., Семенихина Д.В. // Журн. радиоэлектрон. 2024. № 5. http://jre.cplire.ru/jre/may24/10/text.pdf https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.5.10
Дополнительные файлы
