[发明专利]一种频分同发散角多模态OAM超表面

权利要求书

1.一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，包括：极窄带空间滤波模块(10)和多模态OAM调制模块(20)；

所述的极窄带空间滤波模块(10)由多层具有窄带特性的频率选择结构表面构成，每层频率选择结构表面由窄带响应结构单元构成，用于进行特定空间频率电磁波的选择，通过调整频率选择结构表面窄带响应结构单元的空间分布实现入射波对多模态OAM调制模块(20)的分区分频激励；

所述的多模态OAM调制模块(20)设置在所述的极窄带空间滤波模块(10)表面上方，多模态OAM调制模块(20)由相位结构表面单元构成，用于接收极窄带空间滤波模块(10)传输的分区分频电磁波激励信号，并将入射到不同区域的电磁波调制为不同模态OAM波束，然后使得不同频率不同模态的OAM波束在特定空间区域内辐射。

2.根据权利要求1所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述极窄带空间滤波模块(10)包含多个频率范围不同的通带区域；

多个频率范围的工作频率包含不少于两个频率中心，每个频率中心所对应的频率选择结构表面单元由低通特性的单元和带阻特性的单元，或者高通特性的单元和带阻特性的单元级联获得；

所述的多个通带区域用于实现将工作于宽频带或多频点的入射波转化为分区分频电磁波，分区分频电磁波用于激励多模态OAM调制模块(20)的对应区域。

3.根据权利要求2所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述频率选择结构表面单元包括多个介质层，两个介质层之间设置有第一介质板，每个介质层上设置有第一金属层；

所述低通特性的单元、高通特性的单元的第一金属层为中心具有通孔的规则结合图形；所述带阻特性的单元中中间介质层上的第一金属层为十字形金属带。

4.根据权利要求1所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述相位结构表面单元包括第二介质板，第二介质板的上下表面均设置有第二金属层；第二金属层为十字形金属带，且十字形金属带的端部按同一顺序向一侧弯折延伸，上下两个第二金属层通过金属柱耦合。

5.根据权利要求1所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述多模态OAM调制模块(20)中用于实现相位结构表面单元特定透射/反射相位的容感性空间交叉结构；

所述的容感性空间交叉结构单元通过增加结构表面单元的电流长度改变单元的容感抗特性，通过带孔弯折线增加金属线路的物理长度来扩展容感性空间交叉结构单元的相位调控范围。

6.根据权利要求1所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述多模态OAM调制模块(20)与极窄带空间滤波模块(10)均包含多个半径不同的类环形区域；

在多模态OAM调制模块(20)的多个类环状区域分别根据不同模态OAM的相位分布排布对应的相位结构表面单元，用于将极窄带空间滤波模块(10)产生的分区分频电磁波调制为分频多模OAM波束；

所述极窄带空间滤波模块(10)的多个类环状区域与多模态OAM调制模块(20)的多个类环状区域位置相对应。

7.根据权利要求6所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述多模态OAM调制模块(20)中OAM相位分布的相位结构表面单元放置在不同的半径的类环状区域调节OAM波束的主瓣指向，将半径较小的类环形区域设置为低模态区域，将半径较大的类环形区域设置为高模态区域；各模态的OAM波束的主瓣指向趋于一致。

8.根据权利要求1所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述频分同发散角多模态OAM超表面为空间中心对称结构，对应的频率点上对应反向相位旋转的OAM模态波束，且模态数变为相反数。

9.根据权利要求1所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述极窄带空间滤波模块(10)与多模态OAM调制模块(20)之间存在空气或者介质填充的间隙，所述间隙为0.5mm±0.2mm。

10.根据权利要求1所述的一种频分同发散角多模态OAM超表面，其特征在于，所述频分同发散角多模态OAM超表面采用工作于Ku波段的喇叭天线做馈源时，该超表面可将入射波分别转化为±1模态，±2模态和±3模态的OAM波束，-1模态、-2模态和-3模态三种模态OAM波束的工作频率分别为13.6GHz,13.0GHz和12.5GHz，且六种模态OAM波束的发散角为15°。