Вихревые электромагнитные волны: излучение, прием, перспективы использования
- Авторы: Азаров М.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://snv63.ru/0033-8494/article/view/686912
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0033849425030011
- EDN: https://elibrary.ru/FWJZON
- ID: 686912
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
Полный текст

Об авторах
М. В. Азаров
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Email: vak@cplire.ru
Россия, 124498, Москва, Зеленоград, пл. Шокина, 1
А. А. Айрапетян
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Email: vak@cplire.ru
Россия, 124498, Москва, Зеленоград, пл. Шокина, 1
В. А. Калошин
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: vak@cplire.ru
Россия, 125007, Москва, ул. Моховая, 11, стр. 7
К. С. Лялин
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Email: vak@cplire.ru
Россия, 124498, Москва, Зеленоград, пл. Шокина, 1
Ю. М. Мелёшин
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Email: i@imym.ru
Россия, 124498, Москва, Зеленоград, пл. Шокина, 1
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
