[发明专利]轨道角动量多波束产生方法

摘要

本发明公开了一种轨道角动量涡旋多波束产生方法，主要解决现有技术无法在单一工作频率下同时产生多个面向不同方向辐射、模态数相同或不同轨道角动量涡旋波束的问题。其实现方案是：选定馈源、波束辐射方向及每个反射单元的几何位置；根据几何位置、工作频率及所需的轨道角动量模态计算每个超表面反射单元所需补偿相位矩阵；选择不同尺寸的电磁超表面单元设计相移网络；将馈源放置在电磁超表面的中心轴向处，使馈源发出的入射波照射到电磁超表面上，得到相移网络提供的补偿相位，产生在设定方向上具有涡旋波阵面的多个轨道角动量电磁涡旋波束。本发明能有效增加轨道角动量无线通信系统的容量和覆盖范围，用于无线通信系统中不同信号的调制和复用。

主权项

1.一种产生轨道角动量涡旋多波束的方法，包括：1)选定几何位置关系：选定馈源(1)的中心相对位置波束指向每个电磁超表面反射单元的第m行第n列中心相对位置和直角坐标下的坐标(xmn,ymn)，其中θk是第k个波束与z轴正向的夹角，是第k个波束在xoy面上的极坐标方位角；2)计算补偿相位矩阵：给定工作频率f和轨道角动量本征模态lk，计算每个电磁超表面反射单元所需的补偿相位其中表示中间变量，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，M和N分别是电磁超表面反射单元的总行数和总列数，λ为电磁波的工作波长，为第m行第n列的电磁超表面反射单元的补偿相位，i是复数中的虚数单位；3)设计电磁超表面和相移网络：根据相移网络所需补偿相位选取M×N个不同尺寸的方形金属贴片作为相移单元，即不同尺寸的金属贴片补偿相位与相移网络所需相移量一一对应,并将这些方形金属贴片印制到介质基板上形成电磁超表面(2)；将金属背板(3)放置于电磁超表面的背面，同时兼作接地板，进而构成相移网络(4)；4)产生多个轨道角动量涡旋波束：将馈源(1)放置在电磁超表面(2)的中心轴向处，使馈源(1)产生的入射波经过相移网络(4)反射，得到补偿相位，该补偿相位与馈源发出的入射波相位相加，产生朝着不同方向辐射的多个轨道角动量涡旋波束:其中A是电场幅值,表示波束在前进方向上呈现为涡旋波阵面，体现为在传播方向上观察具有exp(ilkΦk)的螺旋相位因子。