轨道角动量？OMG，这个是虾米高大上的东东？不觉明历。今天我们就来听美女怎么讲解这个新鲜事物。
目前人们接触的大部分信息都是通过无线信道进行交换和传输。然而，随着无线通信技术的迅猛发展，智能终端的普及以及移动互联网应用的蓬勃发展，越来越多的移动设备投入使用，这导致了无线电波段可用频带的拥塞，好比高速公路车一多就要堵车一样。为解决这一矛盾，过去十年相继出现了密集编码和各种信道复用技术，从 3G 的CDMA到4G的OFDM，发展到今天，这些技术已逐渐趋于成熟。尽管如此，容量需求与频谱资源短缺的矛盾日益突出。针对这样的情况，轨道角动量（OAM）的提出，对解决这些问题将发挥重要的作用。2013年，大唐电信5G白皮书将轨道角动量复用技术列为下一代通信系统可能采用的标准技术之一。
经典电磁场理论所描述，电磁场不仅传播能量，也携带动量。动量又分为线性动量和角动量。角动量包括自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）。受螺旋相位因子的影响，电磁涡旋的相位波前不再是平面结构，而是成为螺旋状，绕着波束的传播方向旋转，旋转一周波束的相位改变。
图1 电磁涡旋波的相位波前
携带轨道角动量的无线电波束，利用本征值不同的轨道角动量的正交特性，将多路信号调制在不同的OAM模式上，根据模式数区分不同的信道，在相同载频上可以得到多个相互独立的OAM信道，可以实现在同一频率上传输多路电磁涡旋信号，实现多模复用，这将在不增加系统带宽的情况下，极大地增加系统容量，有效地解决无线通信频谱资源贫乏问题，提高频谱利用率，同时由于各本征值正交的特点，从而提高了抗干扰能力。
目前，用于产生OAM 的天线主要分为以下几种：修正的螺旋抛物面天线，环形阵列天线，圆形微带天线。
修正的螺旋抛物面天线设计方法在理论上来说，通过调整开口两端之间的高度差，可以产生任意模式的轨道角动量电磁波。但是，螺旋抛物面天线相对来说体积偏大，一个确定的几何结构只能产生一个模式的轨道角动量波束，在实际移动通讯领域会造成不便。
图2 修正的螺旋抛物面天线
环形阵列天线通过控制阵元的激励相位，可以有效的产生具有轨道角动量的螺旋波束。
图3 圆环形天线阵
2013年，有人用圆环形Vivaldi天线阵产生了轨道角动量电磁波。在他们的设计中，8个Vivaldi 天线阵元连成一个圆柱，对8个Vivaldi 天线馈电的强度相同，相邻阵元间有相同的相位差。下面是圆形Vivaldi天线阵示意图:
图 4 Vivaldi天线阵
图 5 天线辐射场矢量图和场强分布图
环形Vivaldi 天线阵是环形天线阵的发展，无论阵元是偶极子抑或是Vivaldi 天线，相邻阵元之间馈电存在的相位延迟，使得在围绕传输轴转一周以后，相位落后，因此辐射场在平面上也具有的相位差，继而得到轨道角动量。两者产生的原理都是利用对环形阵列的馈电存在相位差使得阵元辐射场相互叠加从而产生携带轨道角动量的电磁波。
为了获得更为简单的天线模型来产生轨道角动量电磁波，2014年，有人利用微带天线的谐振腔模型法来对圆形贴片微带天线进行了研究，得到了携带轨道角动量的电磁波束。利用两个同轴线对圆形贴片进行馈电，使其激励出两种模式。进一步简化模型，用一根同轴线对椭圆贴片天线进行馈电，就可得到携带轨道角动量的电磁波。对于圆形微带天线，其基本模型如下：
图6 圆形微带天线
研究者利用微带天线圆极化高阶模式来产生具有轨道角动量的辐射场。工作在更高阶的圆形微带天线的辐射相位分布图也是与非0阶的轨道角动量的表现形式一致。即在传播轴上，辐射场呈现出主波瓣有空洞的现象。
涡旋电磁波作为一项新技术，可以极大地拓宽无线通信的容量，将有效地解决无线通信频谱资源匮乏问题，给无线通信带来革命性的影响，基于提升无线通信系统容量以及频谱利用率的技术需求，轨道角动量技术将会越来越多的运用于无线通信领域，以顺应移动互联网的快速发展。