清华大学完成27.5公里微波长距离传输实验 系世界首次

2016年12月，清华大学航天航空学院航空宇航电子系实验室完成世界首次轨道角动量（OAM）电磁波27.5公里长距离传输实验。

电磁波轨道角动量被称为区别于传统电磁波（仅接收电场强度）的新维度。应用于通信、导航和雷达，不仅可以大幅提高通信传输容量，而且可以提高导航精度和雷达探测精度，是电磁波传输未来发展的重要方向。

由于轨道角动量电磁波的发散特性，长距离传输是其实用化过程中必须攻克的首要难点。由于普通电磁波（频率低于300GHz）的频率低于光波，其长距离传输更加困难。据文献报道，目前国外自由空间光传输最高纪录已经达到143公里（奥地利），但电磁波OAM传输实验最高记录为442米（2.4GHz，意大利）。

清华大学航电实验室经过3年时间潜心研究，突破了长距离传输的理论和关键技术。在2016年先后成功完成1公里传输（昌平虎峪）、7.3公里传输（清华大学至百望山）、13.6公里传输（清华大学至香山），以及此次的27.5公里传输（10GHz，清华大学至千灵山）。近30公里OAM电磁波长距离传输实验成功不仅标志着我国在该领域的研究水平已经跃居国际前列，自主创新成果达到世界领先，占领了学术制高点，而且为我国未来长距离OAM电磁波空间传输实验（100公里至40万公里）奠定了关键理论和技术基础，或将开创我国在国际上该领域研究发展的新局面。

什么是轨道角动量电磁波？

电磁波理论表明，电磁波除了动量外，还有角动量，而且角动量又分为自旋角动量和轨道角动量。如果拿地球自转和公转打比方，则地球自转形成自旋角动量，沿着公转轨道形成的角动量就是轨道角动量。轨道角动量电磁波顾名思义就是具有"非零"轨道角动量的电磁波（普通平面电磁波轨道角动量为零），这种电磁波具有螺旋相位面（如下图所示），因此也称为"涡旋电磁波"。由于同频率电磁波拥有不同轨道角动量则可以正交传输，互不干扰，因此可以作为新的维度空间增加信道容量，大幅提高电磁波携带信息的能力。

来源：清华大学航空宇航电子系统实验室