张 超 王元赫 姜学峰

(清华大学航天航空学院航空宇航电子系统实验室 北京 100084)

1 引言

雷达发射电磁波照射目标物体，并接收反射后的电磁波，对其进行探测和成像。随着隐身材料技术的发展，目标的雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)越来越小，导致隐身目标探测也越来越困难。例如F-35的RCS只有0.0015 m2，相当于一个金属高尔夫球[1]。目前的雷达反隐身技术主要分为频域反隐身，如超宽带雷达[2]；空域反隐身，如多基地雷达[1]；极化域反隐身，如极化雷达[3]等。近几年，学术界提出了采用电磁波轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)构建新型雷达的方案。其中，在OAM域反隐身方面，目前主要集中在利用OAM波束进行结构反隐身[4]，而真正利用到电磁波轨道角动量物理特性的反隐身技术研究较少。本文利用量子态涡旋电磁波中OAM维度，采用涡旋微波量子照射隐身目标，相比于不携带OAM的传统平面电磁波，可以获得更大的回波功率，从而增大目标检测概率。

轨道角动量的物理量纲(ML2T-1)和电场强度的物理量纲(MLT-3I-1)线性无关，说明OAM是一种独立于电场强度的物理量。根据微波量子组成的不同，涡旋电磁波分为统计态OAM波束和OAM量子态涡旋微波量子[5,6]。统计态OAM波束由空间中不同位置处不同相位的微波量子(可用平面波微波量子)统计构建生成，一般通过天线阵列或者专用天线产生[6]。针对雷达探测，统计态OAM波束(也称为涡旋电磁波束)主要应用于反结构隐身技术和雷达成像。2013年，国防科大研究团队首先提出基于OAM的成像技术[7]，揭开了OAM电磁波在雷达中的应用。……