[发明专利]一种毫米波太赫兹波多模轨道角动量波束扫描天线及方法

说明书

本发明公开了一种毫米波太赫兹波多模轨道角动量波束扫描天线及方法。本发明采用波导馈电装置，将同轴线中的TEM模式转换为SSP模式，沿着SSP传输线的表面传播，并携带有OAM模式；加载在SSP传输线外的辐射阵列的衍射作用下，SSP模式的波矢叠加上衍射所产生的谐波波矢，产生频谱搬移效应，从而将具有OAM模式的SSP模式转换为自由空间辐射波，实现OAM模式辐射，并且工作在不同的频段内；辐射方向与工作频率对应，从而通过控制工作频率操控OAM模式的辐射方向；OAM模式的旋转方向与螺旋光栅的手性一致；本发明结构紧凑，不需要多个单元组阵；系统的鲁棒性强，只需要保持螺旋光栅的螺旋特性即可；波导馈电装置简单，只需要同轴端口馈电即可，不需要复杂的馈电网络。

技术领域

本发明涉及轨道角动量技术，具体涉及一种毫米波-太赫兹波多模轨道角动量波束扫描天线及方法。

背景技术

轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)是目前领域内的研究热点之一，其具有螺旋形的波前面。由于OAM不同模式之间的正交性，其可以极大地提升通信系统中的信道容量，因此OAM模式在通信系统中有广泛的应用。此外，OAM在粒子操控、量子编码、成像等方面也有着广泛的应用。虽然OAM有许多潜在的应用场景，但是如何高效地产生以及操控OAM模式一直没有得到有效的解决。目前激发OAM模式的方法有许多种。在光学波段可以通过透射型或者反射型螺旋相位板、全息相位板等结构产生OAM模式。在微波波段，可以通过超表面、阵子天线阵列、螺旋天线等结构产生OAM模式，但是依然有许多问题需要解决：一、其阵列尺寸过大，不利于结构的集成化。二、由于超表面结构的依赖于单元结构的谐振效应，工作带宽窄。三、单元结构与阵子天线结构均需要产生OAM依赖于相邻单元之间的相位变化，需要针对特定的OAM模式精确设计单元分布，调节起来比较困难。四、对OAM模式的调控只存在模式分布的调节，辐射方向难以实现。

发明内容

本发明提出了一种基于人工表面等离激元(spoof surface plasmon,SSP)的OAM模式波束扫描天线；能够实现OAM模式辐射，且能够工作在不同的频段内；在每个频段内能够实现定向的OAM辐射，辐射方向由工作频率确定；OAM模式的旋转方向与螺旋光栅的手性保持一致。

本发明的一个目的在于提出一种基于人工表面等离激元的OAM模式波束扫描天线。