[发明专利]一种频分同发散角多模态OAM超表面

说明书

本发明公开了一种频分同发散角多模态OAM超表面，包括：极窄带空间滤波模块和多模态OAM调制模块；极窄带空间滤波模块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，实现入射波对多模态OAM调制模块的分区分频电磁波激励信号；多模态OAM调制模块设置在所述的极窄带空间滤波模块表面，多模态OAM调制模块由相位结构表面单元构成，用于接收极窄带空间滤波模块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。本发明改善了超表面的整体性能不同模态OAM波束的发散角相同。

技术领域

本发明涉及OAM调制超表面设计领域，特别涉及一种频分同发散角多模态OAM超表面设计。

背景技术

OAM波束生成方法主要包括螺旋相位板法、旋转抛物面法、计算全息法、均匀圆形阵列法及基于超表面的表面波调制方法。其中，超表面是一种二维人工电磁结构，可实现电磁波相位、幅度、极化等特性的控制，是一种有效的电磁调控方式。由于其对电磁波具有灵活的调控能力，基于超表面的OAM波束生成方法逐渐成为研究的热点。现有的OAM超表面主要分为两种，无源OAM超表面和有源OAM超表面。

无源OAM超表面中的超材料单元的调制特性通过改变其金属线路的物理长度或者旋转角度进行调节，馈源辐射的电磁波经自由空间入射到排布在OAM超表面上的超材料单元上，具有不同幅相调制特性的超材料单元被入射波激励并向空间辐射能量，实现OAM波束的产生。有源OAM超表面通过加载有源器件调节超表面单元的幅相特性，根据OAM的相位调制条件进行设计，实现OAM波束的产生。

现有的OAM超表面至少存在以下问题：

1、现有的由各向同性的超表面单元构成的无源OAM超表面，仅可调制单一模态的OAM波束，不利于发挥OAM波束模态无穷性和正交性的优势；

2、现有的有源OAM超表面可产生多种模态的OAM波束，但不同模态的OAM波束在不同时刻产生且各模态OAM波束的主瓣指向存在差异，不利于在通信领域及目标探测领域的应用。

3、现有的有源OAM超表面需要繁琐的控制电路，且各超材料单元间具有较强的耦合，易使产生的OAM波束发生畸变。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种频分同发散角多模态OAM超表面，本发明实现在宽频带内多频点上辐射多种模态的OAM波束，打破了目前无源OAM超表面存在的局限性，改善了超表面的整体性能；该发明可以实现至少六种模态OAM波束(即±1，±2，±3模态)的产生，各模态OAM波束之间的频率间隔不超过0.6GHz,且不同模态OAM波束的发散角相同。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种频分同发散角多模态OAM超表面，包括：极窄带空间滤波模块和多模态OAM调制模块；

所述的极窄带空间滤波模块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调制模块的分区分频激励；

所述的多模态OAM调制模块设置在所述的极窄带空间滤波模块表面，多模态OAM调制模块由相位结构表面单元构成，用于接收极窄带空间滤波模块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。

作为本发明的进一步改进，所述极窄带空间滤波模块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；