[发明专利]一种全向圆极化涡旋电磁波的产生方法

摘要

本发明提出了一种全向圆极化涡旋电磁波的产生方法，解决了现有技术中存在的全向涡旋电磁波增益较低、实现圆极化困难的技术问题。实现过程包括：设计圆环柱状超表面透镜组件的透镜形状；设置透镜组件参数；计算其期望涡旋电磁波相位分布、初始模型的金属层几何旋转角度分布；建立透镜组件初始模型和全波仿真；计算其汇聚相位分布及最终模型的金属层几何旋转角度分布；得到透镜组件最终模型，对其进行全波仿真验证。本发明将由透射单元结构周期排列组成的平面超表面透镜共形到圆柱表面上，构成一个圆环柱状的超表面透镜组件。本发明具有增益较高、圆极化纯度较高、馈电简单的优点，可用于通信领域。

主权项

1.一种全向圆极化涡旋电磁波的产生方法，其特征在于：包括有如下步骤：/n(1)设计透镜形状：将特定的透射单元结构进行周期排列得到的平面超表面共形到周长与平面超表面长度相等的圆柱面上，形成圆环柱状超表面透镜组件，以实现水平360°全方向范围的相位调控，将馈源产生的全向圆极化电磁波转换为全向圆极化涡旋电磁波；/n(2)设置参数：圆环柱状超表面透镜组件的中心和馈源的中心重叠，以该中心建立笛卡尔直角坐标系oxyz，设置工作频率f、透射单元结构行数M、透射单元结构列数N、透射单元结构的单元周期P、轨道角动量模态L；M、N、L均为整数；/n(3)计算透镜组件的期望涡旋电磁波相位分布：根据设置的轨道角动量模态，结合涡旋电磁波的空间相位公式，分别计算每一个透射单元结构外表面中心位置处的期望涡旋电磁波的相位，遍历整体，进而得到圆环柱状超表面透镜组件外表面的期望涡旋电磁波相位分布；/n(4)计算透镜组件初始模型的金属层几何旋转角度分布：圆环柱状超表面透镜组件初始模型上的相位为期望涡旋电磁波相位分布，结合透射单元结构的圆极化透射相位关于透射单元结构上金属层几何旋转角度的映射关系，分别计算每一个透射单元结构中金属层几何旋转角度，遍历整体，进而得到圆环柱状超表面透镜组件初始模型外表面的金属层几何旋转角度分布；/n(5)建立透镜组件初始模型并进行全波仿真：根据圆环柱状超表面透镜组件初始模型外表面的金属层几何旋转角度分布，建立圆环柱状超表面透镜组件的初始模型；对圆环柱状超表面透镜组件初始模型进行全波仿真，得到其对应的辐射电磁波的电场分布；/n(6)计算透镜组件的汇聚相位分布：从透镜组件初始模型的辐射电磁波的电场分布中提取透镜组件初始模型表面上的圆极化分量电场的相位分布；将透射单元结构表面的圆极化分量电场的相位分布的平均值作为该透射单元结构的空间相位延迟；每列的透射单元结构对应的M个相位值构成相位曲线，用二次函数拟合这条曲线，得到透镜组件中对应列的透射单元结构的拟汇聚半径，将所有拟汇聚半径中的最小值作为最终汇聚半径；根据双曲型汇聚相位公式，由最终汇聚半径分别计算每一个透射单元结构外表面中心位置处的汇聚相位，遍历整体，进而得到圆环柱状超表面透镜组件外表面的汇聚相位分布；/n(7)计算透镜组件最终模型的金属层几何旋转角度分布：用期望涡旋电磁波相位分布与汇聚相位分布之和构成圆环柱状超表面透镜组件最终模型上的总相位分布，结合相应的透射单元结构的圆极化透射相位关于透射单元结构上金属层旋转角度的映射关系，分别计算每一个透射单元结构中的金属层几何旋转角度，遍历整体，进而得到圆环柱状超表面透镜组件最终模型外表面的金属层几何旋转角度分布；/n(8)建立透镜组件最终模型并进行全波仿真验证：根据透镜组件最终模型外表面的金属层几何旋转角度分布，建立圆环柱状超表面透镜组件的最终模型；对圆环柱状超表面透镜组件最终模型进行全波仿真，得到其近场相位分布图和远场方向图。/n