CN107782979B - 利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法及装置，所述方法包括：建立涡旋电磁波的检测场；待测发射天线发射电磁波束；探头接收天线在n个设定位置对电磁波束进行采集；矢量网络分析仪的第一端口接收待测发射天线发射的电磁波束，第二端口依次接收探头接收天线在n个设定位置采集到的电磁波束，根据接收到的电磁波束输出n个设定位置中的各点相位，发送给处理器；处理器将接收到的n个相位值进行数据处理，验证待测发射天线发射电磁波束的形态。

Description

利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法及装置。

背景技术

涡旋电磁波是一种具有特殊波前结构的电磁波，因等相位面呈现涡旋状而得名涡旋电磁波，它在通信和雷达探测等领域具有开阔的应用背景。

涡旋电磁波最早起源于1992年荷兰物理学家L.Allen关于拉盖尔-高斯激光束携带轨道角动量的发现。但是，在微波频段的研究较晚。近年携带轨道角动量的涡旋电磁波作为一项新技术，可以极大地拓宽无线通信的宽带，将有效的解决无线通信频谱匮乏的问题，给无线通信带来革命性的影响。Nature曾经报道，利用电磁波的扭曲和波长有可能极大的拓宽移动电话、数字电视以及其他通信技术的可用宽带。

物理学家在研究轨道角动量时表明光波也是电磁波，轨道角动量也可以应用到无线电领域，2007年，Thide首次提出将光子轨道角动量应用到低频，通过仿真验证了可以用相控阵列天线产生类似拉盖尔高斯涡旋光束的涡旋电磁波，开创了将轨道角动量应用到无线通信领域的先河。2011年Bo Thide等人利用涡旋电磁波进行了通信实验。实验组采用具有涡旋形状的抛物面天线发射涡旋电磁波并利用八木天线接收，验证了涡旋电磁波可以应用在无线传输。2012年Tamburini等人采用修正的螺旋抛物面天线在2.4GHz载频上实现了l＝0和l＝1的两个模式的操作维护管理信道。

涡旋电磁波是将轨道角动量应用到电磁波中，在正常的电磁波中添加相位旋转因子使电磁波波前不再是平面结构，而是绕着波束传播方向旋转、呈现出一种螺旋形的相位结构。

在国内外文献中，目前还没有有关微波段判定某种待测发射天线产生的电磁波是否为涡旋电磁波以及检测涡旋电磁波模态数的大小及正负的技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供了一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，用于所述检测的检测设备包括：探头接收天线、矢量网络分析仪、待测发射天线和处理器；所述矢量网络分析仪的第一端口与所述待测发射天线通过第一电缆连接，所述矢量网络分析仪的第二端口与所述探头接收天线通过第二电缆连接；

所述方法包括：

建立涡旋电磁波的检测场；

所述待测发射天线发射电磁波束；

所述探头接收天线在n个设定位置对所述电磁波束进行采集；其中n为自然数，且n≥2；

所述矢量网络分析仪的所述第一端口接收所述待测发射天线发射的电磁波束，所述第二端口依次接收所述探头接收天线在n个设定位置采集到的电磁波束，根据接收到的电磁波束输出所述n个设定位置中的各点相位，发送给所述处理器；

所述处理器将接收到的n个相位值进行数据处理，根据公式验证所述待测发射天线发射电磁波束的形态；其中，所述为相邻的取样间隔方位角差值，φ_i为矢量网络分析仪输出的第i点相位，i为自然数，且i≤n，l为涡旋电磁波模态数；

当时，所述待测发射天线发射的电磁波束为涡旋电磁波。

优选的，输出所述n个设定位置中第i点处相位，具体为：

其中，φ_total为矢量网络分析仪测得的i点处相位显示值，φⁱ _path为待测发射天线到i点之间路径产生的相位差，φⁱ _azimuth为i点上方位角产生的相位差,φⁱ _{cable_1}为第一电缆引起的固定相位差，φⁱ _{cable_2}为第二电缆引起的固定相位差。

进一步优选的，在所述n个设定位置中，任意相邻两点的相位差由决定；其中，为方位角。

优选的，所述探头接收天线为开口波导天线。

优选的，所述建立检测场具体为：

在所述待测发射天线主瓣波束中心轴向的垂直方向上建立所述检测场。

进一步优选的，所述n个设定位置设置于在所述垂直方向上形成的测相圆环。

进一步优选的，所述n个设定位置均匀设置在所述测相圆环上。

进一步优选的，所述检测设备还包括马达；

所述马达驱动所述探头接收天线绕所述待测发射天线主瓣波束中心轴向旋转，从而在所述n个设定位置对所述电磁波束进行采集。

优选的，所述涡旋电磁波模态数l的计算方法为：

第二方面，本发明实施例提供了一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的装置，包括上述第一方面所述的探头接收天线、矢量网络分析仪、待测发射天线和处理器。

本发明实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法及装置，利用矢量网络分析仪测相功能来检测待测发射天线产生的电磁波在空间某点的相位大小，结合涡旋电磁波波前相位在垂直于波束平面上的分布特征，提出了利用相位循环相加法，即将矢量网络分析仪连续测得的任意两个相邻相位数据进行合理的做差求和，根据求和结果判断电磁波的状态。本发明提出的方法具有原理简单，易于操作，低成本的特性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的示意图；

图3为本发明实施例提供的探头位置校正理论的示意图；

图4为本发明实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，利用相位梯度循环相加法来判定待测发射天线产生的电磁波是否为涡旋电磁波。

下面首先以图1为例，对本发明实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法进行说明。

本实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，实现于检测电磁波涡旋态的装置中，装置包括探头接收天线、矢量网络分析仪、待测发射天线和处理器；矢量网络分析仪的第一端口与待测发射天线通过第一电缆连接，矢量网络分析仪的第二端口与探头接收天线通过第二电缆连接。

图1为本发明实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法的流程图，如图所示，本发明实施例提供的方法包括如下步骤：

S101，建立涡旋电磁波的检测场。

具体的，在待测发射天线主瓣波束中心轴向的垂直方向上建立检测场，探头接收天线绕待测发射天线主瓣波束中心轴向旋转。

S102，待测发射天线发射电磁波束。

S103，探头接收天线在n个设定位置对电磁波束进行采集。

其中n为自然数，且n≥2。

具体的，n个设定位置设置于探头接收天线绕待测发射天线主瓣波束中心轴向旋转形成的测相圆环上，且n个设定位置均匀设置在测相圆环上。

探头接收天线优选为开口波导天线，开口波导天线结构简单、形状规则，其口面电尺寸小。开口波导对待测场的扰动角，可以减小测量误差。此外开口波导天线极化纯度高、半空间全向性、频带较宽，因此常用于近场扫描系统。

S104，矢量网络分析仪的第一端口接收待测发射天线发射的电磁波束，第二端口依次接收探头接收天线在n个设定位置采集到的电磁波束，根据接收到的电磁波束输出n个设定位置中的各点相位，发送给处理器。

输出n个设定位置中第i点处相位，具体为：

其中，φ_i为矢量网络分析仪输出的第i点相位，i为自然数，且i≤n，l为涡旋电磁波模态数；φ_total为矢量网络分析仪测得的i点处相位显示值，φⁱ _path为待测发射天线到i点之间路径产生的相位差，φⁱ _azimuth为i点上方位角产生的相位差,φⁱ _{cable_1}为第一电缆引起的固定相位差，φⁱ _{cable_2}为第二电缆引起的固定相位差。

在n个设定位置中，任意相邻两点的相位差由决定；其中，为方位角。

S105，处理器将接收到的n个相位值进行数据处理，验证待测发射天线发射电磁波束的形态，确定待测发射天线发射的电磁波束是否为涡旋电磁波。

其中，验证基于根据公式

为相邻取样位置方位角差值，φ_i为矢量网络分析仪输出的第i点相位，i为自然数，且i≤n，l为涡旋电磁波模态数；

其中，涡旋电磁波模态数l的计算方法为：

当时，待测发射天线发射的电磁波束为涡旋电磁波。

本发明实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，是基于涡旋电磁波相位分布特征和矢量网络分析仪测量相位的原理提出的相位梯度循环相加法。利用相位梯度循环相加法来判定待测发射天线产生的电磁波是否为涡旋电磁波，以及电磁波的模态数以及模态数的正负情况。本方法具有原理简单、易于操作、低成本、自动化的特点。

为更好的理解本发明提供的技术方案，下述以具体实例分别说明应用本发明上述实施例提供的方法检测电磁波涡旋态的具体过程。

首先结合图2所示的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的示意图，对建立检测场的过程进行详细说明。

根据待测发射天线生产商所提供的信息，将待测发射天线主瓣波束中心轴线定义为z轴，中心轴线指向用单位矢量表示，平面A与垂直且二者的焦点为o，则以焦点o为圆心作圆进行测相，此圆环上任意一点到待测发射天线的路径距离相等，如果该待测发射天线辐射的电磁波是涡旋电磁波且模态数为l，则沿此圆环的相位梯度的线积分为2πl。

验证待测发射天线发射电磁波束的形态，通过上述式2,以及后续的数据处理来实现。如果严格符合涡旋电磁波相位分布特征，则满足φ_measure=2πl。式2中φ_i为圆环中第i处矢量网络分析仪所测得到的相位，由于φ_i在矢量网络分析仪的显示取值范围为φ_i＝-π～π,这将导致在后续的数据处理时会出现φ_i与φ_i+1异号的情况，所以必须额外减去例如，矢量网络分析仪测得φ_i显示相位为3π/4、测得φ_i+1显示相位为-3π/4，理论上φ_i与φ_i+1之间的相位差为|φ_i+1-φ_i|＝(2π-3π/4)-3π/4＝π/2，但实际得到的数据直接处理结果为|φ_i+1-φ_i|＝|-3π/4-3π/4|＝3π/2，当经过额外减去的处理之后，得到的结果是准确的。

矢量网络分析仪的运动方向导致l有正有负，l的正负预判准则可以如下：从z轴负方向看，当φ_i+1滞后φ_i时，即在上述测相圆环上沿逆时针矢量网络分析仪测得的相位φ_i在规定的取值范围内依次减小，例如，φ₁＝3π/8，φ₂＝π/4，φ₃＝π/8，φ₄＝0……，则l为正；若φ_i+1超前φ_i，即在上述测相圆环上沿逆时针矢量网络分析仪测得的相位φ_i在规定的取值范围内依次增大，例如，φ₁＝0，φ₂＝π/8，φ₃＝π/4，φ₄＝3π/8……，则l为负。

本发明是基于涡旋电磁波相位分布特征和矢量网络分析仪测量相位的原理，提出了以矢量网络分析仪为核心的检测方法——相位梯度循环相加法。本发明通过选用开口波导天线为探头接收天线围绕上述圆环旋转，用电缆将待测发射天线和开口波导天线分别连接到矢量网络分析仪第一端口和第二端口，通过在测相圆环上多次取样，得到多组相位测量数据。由矢量网络分析仪测相原理表明，对矢量网络分析仪经过内部相位差校准后，第一端口和第二端口的内部相位差为0。

将矢量网络分析仪测得的相位显示值为φ_total，则相位梯度循环相加法公式为：

如图2所示，φ_i是将圆环以x为参考轴逆时针等分成n份后第i处的矢量网络分析仪测量相位，n≥2，i＝1……n-1，φ_ipath为待测发射天线到圆环第i处位置之间路径产生的相位差；φ_iazimuth为圆环上方位角产生的相位差,此项是涡旋电磁波的特有项，正常电磁波将不会有方位角产生的相位差；φ_{icable_1}为第一电缆引起的固定相位差，φ_{icable_2}为第二电缆引起的固定相位差。同理，φ_i+1则是圆环上第i+1处的矢量网络分析仪测量相位，如前所述，由于开口波导天线所在圆环与待测发射天线波束轴线严格垂直，所以圆环上第i处位置与i+1处位置到待测发射天线位置的距离是相等的，即φ_ipath＝φ_i+1path，又由于φ_{icable_1}、φ_{icable_2}是个固定值，由此得到：

若待测发射天线产生的是正常电磁波，则对应的l＝0，

如若待测发射天线1产生的是涡旋电磁波，则对应的l≠0，

上述检测步骤是基于测相圆环垂直于待测发射天线主瓣波束中心轴线，且测相圆环圆心位于待测发射天线主瓣波束中心轴线的前提。因此进行测量之前测相圆环的位置是否能够达到上述要求是保证后续正确进行的前提，即探头旋转一周后的轨迹圆，即测相圆环是否符合要求，因此探头接收天线的初始工作起点的位置至关重要。

但实际操作过程中，由于理论与待测发射天线实物制作存在误差，且待测发射天线与检测装置安装过程中也存在误差，上述误差使得检测者无法精确的确定待测发射天线波束轴向位置。

基于上述问题，本专利结合涡旋电磁波的特点，提出了“探头修正理论”，也称之为预判准则。在测量过程中，检测者将待测发射天线与检测装置安装后，结合待测发射天线生产商所提供的信息进行初始校准后，固定待测发射天线，然后启动检测装置，利用“探头校正理论”使探头接收天线和中心轴在空间移动，从而寻找最佳测量位置，即确定测相圆环的位置。

下面结合图3所示的探头接收天线位置校正理论的示意图对探头校正理论进行详述。

0₁0₂所在直线为待测发射天线主瓣波束中心轴，p₁q₁为固定探头接收天线的伸缩杆，p₂点为探头接收天线向后滑动距离q₁q₂的位置。理论上，在初始精确校准的前提下，探头接收天线应以p₁o为半径绕待测发射天线主瓣波束中心轴旋转。但是由于前述误差的原因，探头接收天线未能够精确校准，则探头接收天线以半径p₁q₁绕待测发射天线主瓣波束中心轴旋转。

进一步的，本专利基于上述问题，提出修正参数α、d，其中α＝∠p₁o₁o₂，d＝p₂o₂。参数α、d能够准确的确定探头接收天线的偏离误差。在初始校准后，启动检测装置，探头接收天线依次等间隔的取样，取样点处所测得的相位依次命名为φ₁、φ₂、φ₃…φ_i。结合修正理论程序，检测装置自动计算出α和d。若检测装置识别到d≠0，则说明此时的检测场不符合标准。进一步，结合已经计算出来α和d，使探头接收天线在空间进行位置自动修正，最终达到及d＝0,其中d₀＝|p₁q₁|。

其中，实际工程测量由于环境等各种因素的原因和d＝0的情况极难做到，因此引入角度极限误差ξ_β和距离极限误差ξ_d，具体值可以由工程给出。

进一步的，当α≤ξ_β且d≤ξ_d时，则可认为探头接收天线的位置符合测量要求。

探头接收天线位于p₁位置时，矢量网络分析仪显示值为φ₁。在控制器作用下，探头接收天线移动到位置p₂，且探头接收天线位于o₁p₁延长线上。

推导得到：

d＝(△x₁+△x₂)sinα (式7)

式中：o₁p₁＝△x₁，p₁p₂＝△x₂。通过在检测装置上安装测量仪器进行动态测量，将测量数据传输给计算机，实时计算α和d，从而实现动态修正的目的。

在构建检测装置时，测相圆环上只有一个探头接收天线，即探头接收天线围绕待测发射天线主瓣波束中心轴旋转，从而实现在多个位置上采样。

当检测装置设置多个开口波导天线时，由于每个开口波导天线的个体差异，每个开口波导天线的等效位置不能等效为同一位置，则造成很大的测量误差，且多个探头接收天线同时工作会造成严重的互耦现象。

基于上述原因，假设探头接收天线转速为w，记录间隔时间为△t。通过旋转取代设置多个探头接收天线的方法，从而能够有效的降低探头接收天线之间的互耦。在式2中，为相邻的取样间隔方位角差值，则

每次取样时矢量网络分析仪所显示的相位为开口波导上的总体平均值，可以将相位值等效为开口波导上的某一点的相位值，相隔△t时间再取样所得到的相位值为上述的等效点处的相位值，因此两次间隔角度一定为

在更为优选的实施例中，为了得到测相圆环上特定位置的测量数据以及提高测量精确度，待测发射天线与探头接收天线所在的特定装置应具备以下几种功能：

(1)具备探头定位功能。由于此方法要求探头接收天线测量位置必须在测相圆环上，因此需有探头定位器以达到此目标。

(2)此装置对电磁波的反射、散射的程度需要降到最低，以减小噪声误差。一般为了实现此目的，技术人员需要在反射、散射强的部位涂吸波材料。

(3)探头接收天线与待测发射天线之间的距离可以精确改变。

(4)探头接收天线能够围绕波束中心轴旋转，能够改变探头接收天线的旋转半径。

进一步的，为了实现测量过程自动化，建立矢量网络分析仪、处理器、检测装置整体系统，达到优化测量过程的目标。本发明采用的方法包括：

使用合适的电缆将处理器与矢量网络分析仪的开放接口连接；其中，处理器可以为个人电脑(personal computer，PC)。在熟悉所使用的矢量网络分析仪串口等前提下，在PC上选择合适的编程语言控制矢量网络分析仪测量过程。同时依靠控制器控制伺服马达的旋转角速度与旋转方向。假设预定取样间隔则对应的因此通过PC控制矢量网络分析仪的测量时间间隔△t，从而实现测量结果与测量位置一一对应。将所测的数据保存在PC机上，直接通过MATLAB软件读取，编程实现数据处理过程，最终得到测量目标。

本发明实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，利用矢量网络分析仪测相功能来检测待测发射天线产生的电磁波在空间某点的相位大小，结合涡旋电磁波波前相位在垂直于波束平面上的分布特征，提出了利用相位循环相加法和探头位置校正理论。相位循环相加法将矢量网络分析仪连续测得的任意两个相邻相位数据进行合理的做差求和，根据求和结果判断电磁波的状态。探头位置校正理论也基于涡旋电磁波波前相位特征，对探头位置进行校正，从而提高测量精度。本发明提出的方法具有原理简单，易于操作，低成本的特性。

涡旋电磁波是将轨道角动量应用到电磁波中，在正常的电磁波中添加相位因子使电磁波波前不再是平面结构，而是绕着波束传播方向旋转、呈现出一种螺旋形的相位结构。由此本发明基于涡旋电磁波相位的固有特征通过设计一套检测装置系统，包括上述实施例中所述的待测发射天线1、探头接收天线2、电缆6、矢量网络分析仪9、控制器10、处理器11和马达12。其装置结构如图4所示。此外，还包括有辅助测量的各种部件，比如探头定位装置3、传动装置4、承载、动力与准直装置5、伸缩杆7和旋转器8。

测量辅助装置各部件作用如下：

探头接收天线2，优选为开口波导天线。开口波导天线结构简单、形状规则，其口面电尺寸小。开口波导对待测场的扰动角，可以减小测量误差。此外开口波导天线极化纯度高、半空间全向性、频带较宽，因此常用于近场扫描系统。探头接收天线2旋转形成测相圆环13。

探头定位装置3，用于对探头接收天线2进行固定定位。

传动装置4，用于携带探头接收天线2前后移动和绕中心轴转动。

承载、动力与准直装置5，它连接了伺服马达12，同时应附有准直装置和探头定位装置3联合工作。

伸缩杆7，用于改变探头接收天线2和中心轴旋转半径。

旋转器8，随探头接收天线2围绕中心轴的转动进行自转。保证探头接收天线2在各个取样点的极化方向保持一致。理论上极化失配对同一位置相位的测量结果没有影响。但是实际测量中，相位的测量又要依附于电流、电压信号，因此在空间中同一位置，接收信号电平的波动可能会引起仪器设备内部相位响应的波动。因此保证在空间各个位置上天线探头极化矢量与待测发射天线1极化方向一致，从而消除极化失配带来的间接误差，从而也能提高测量精度。

通过传动装置4移动探头接收天线2，将探头接收天线2固定在检测位置，马达12驱动探头接收天线2围绕电磁波束中心轴进行旋转，在多个设定位置对待测发射天线1发射的电磁波束进行采集。在探头接收天线2旋转过程中，旋转器8随探头接收天线2围绕电磁波束中心轴进行旋转，保证探头接收天线2在多个设定位置的极化方向保持一致。

矢量网络分析仪9通过电缆6接收待测发射天线1发射的电磁波束和探头接收天线2在设定位置采集到的电磁波束，根据接收到的电磁波束输出设定位置中的各点相位，发送给处理器11，处理器11将接收到的各点相位值进行数据处理,验证待测发射天线1发射电磁波束的形态，然后得到电磁波束的模态数以及模态数的正负情况。

本实施例提供的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的装置，利用相位梯度循环相加法来判定待测发射天线产生的电磁波是否为涡旋电磁波以及电磁波的模态数以及模态数的正负情况。本装置具有结构简单、易于操作、低成本、自动化的特点。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，用于所述检测的检测设备包括：探头接收天线、矢量网络分析仪、待测发射天线和处理器；所述矢量网络分析仪的第一端口与所述待测发射天线通过第一电缆连接，所述矢量网络分析仪的第二端口与所述探头接收天线通过第二电缆连接；

所述方法包括：

建立涡旋电磁波的检测场；

所述待测发射天线发射电磁波束；

所述探头接收天线在n个设定位置对所述电磁波束进行采集；其中n为自然数，且n≥2；

所述矢量网络分析仪的所述第一端口接收所述待测发射天线发射的电磁波束，所述第二端口依次接收所述探头接收天线在n个设定位置采集到的电磁波束，根据接收到的电磁波束输出所述n个设定位置中的各点相位，发送给所述处理器；

所述处理器将接收到的n个相位值进行数据处理，根据公式验证所述待测发射天线发射电磁波束的形态；其中，所述为相邻的取样间隔方位角差值，φ_i为矢量网络分析仪输出的第i点相位，i为自然数，且i≤n，l为涡旋电磁波模态数；

当时，所述待测发射天线发射的电磁波束为涡旋电磁波。

2.根据权利要求1所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，输出所述n个设定位置中第i点处相位，具体为：

其中，φ_total为矢量网络分析仪测得的i点处相位显示值，φⁱ _path为待测发射天线到i点之间路径产生的相位差，φⁱ _azimuth为i点上方位角产生的相位差,φⁱ _{cable_1}为第一电缆引起的固定相位差，φⁱ _{cable_2}为第二电缆引起的固定相位差。

3.根据权利要求2所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，在所述n个设定位置中，任意相邻两点的相位差由决定；其中，为方位角。

4.根据权利要求1所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，所述探头接收天线为开口波导天线。

5.根据权利要求1所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，所述建立涡旋电磁波的检测场具体为：

在所述待测发射天线主瓣波束中心轴向的垂直方向上建立所述检测场。

6.根据权利要求5所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，所述n个设定位置设置于在所述垂直方向上形成的测相圆环。

7.根据权利要求6所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，所述n个设定位置均匀设置在所述测相圆环上。

8.根据权利要求5所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，所述检测设备还包括马达；

所述马达驱动所述探头接收天线绕所述待测发射天线主瓣波束中心轴向旋转，从而在所述n个设定位置对所述电磁波束进行采集。

9.根据权利要求1所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态的方法，其特征在于，所述涡旋电磁波模态数l的计算方法为：

10.一种实现上述权利要求1-9任一所述的利用矢量网络分析仪检测电磁波涡旋态方法的装置，所述装置包括探头接收天线、矢量网络分析仪、待测发射天线和处理器；所述矢量网络分析仪的第一端口与所述待测发射天线通过第一电缆连接，所述矢量网络分析仪的第二端口与所述探头接收天线通过第二电缆连接。