一种轨道角动量涡旋电磁波复用装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种轨道角动量涡旋电磁波复用装置，属于轨道角动量电磁波调控技术领域，包括呈阵列式均匀排布的若干个角域色散单元；每个角域色散单元包括：ELC谐振器贴片层、JC谐振器贴片层和介质基板层；每个ELC谐振器贴片层和JC谐振器贴片层的臂长参数由角域色散单元保证输出OAM波束并垂直出射所需的相位响应确定。由于本发明专利技术根据超表面不同位置处角域色散单元所需的相位响应分别选择合适的单元结构尺寸，排布构成角域色散超表面，使得其能够对不同角度入射的电磁波分别具有产生不同模式OAM涡旋波并垂直出射所需的特定相位响应分布，因而在每个入射角度下分别产生近似单一模式的OAM垂直透射波束，从而有效提高了模式转化效率。化效率。化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道角动量涡旋电磁波复用装置


[0001]本专利技术涉及轨道角动量电磁波调控
，特别是涉及一种基于角域色散超表面的轨道角动量涡旋电磁波复用装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着通信技术的发展，频谱资源更加紧张，携带轨道角动量(Orbital angular momentum，OAM)的涡旋电磁波因其在通信方面的潜力而吸引了更多的兴趣。与传统的平面波不同，OAM波束的波前相位呈螺旋状分布，相位分布范围为2πl，其中l是OAM的模式数(l为正负整数)。不同模数的OAM波束是相互正交的，当调制信号加载到不同模数的波束上，各个信号通道之间不会相互干扰，可以有效提高传输性能。
[0003]OAM复用是将携带独立信息的多个波束转换成具有不同模式的正交OAM波束并沿相同方向出射。近年来，针对多个方向入射电磁波的OAM复用超表面已经实现。这些超表面通常是将实现多个OAM波束所需的相位响应进行线性叠加，或将具有产生OAM波束所需相位响应的超表面单元交错或随机排布，从而在特定出射方向上实现不同模式OAM波束的复用。
[0004]然而，对于每个方向入射的电磁波，上述超表面只能将一部分电磁能量转换为携带所需OAM模式的电磁波并沿相同方向出射，其余能量会被转换为携带其他寄生OAM模式的电磁波并沿其他方向出射，这种设计模式转化效率较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种轨道角动量涡旋电磁波复用装置，可以在每个入射角度下分别产生近似单一模式的OAM垂直透射波束，与现有的OAM复用超表面相比，具有更高的模式转化效率，解决了现有技术中转化效率低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种轨道角动量涡旋电磁波复用装置，包括：若干个角域色散单元；
[0008]所述角域色散单元呈阵列式均匀排布构成角域色散超表面；
[0009]所述角域色散单元包括：ELC谐振器贴片层、JC谐振器贴片层和介质基板层；所述介质基板层设置于所述ELC谐振器贴片层和所述JC谐振器贴片层之间；
[0010]每个所述ELC谐振器贴片层和所述JC谐振器贴片层的臂长参数由所需的相位响应确定；所述所需的相位响应为每个所述角域色散单元保证输出OAM波束并垂直出射所需的相位响应。
[0011]在一些实施例中，
[0012]每个所述角域色散单元保证输出OAM波束并垂直出射所需的相位响应根据公式Φ1＝l
·
tan
‑1(y
i
/x
i
)+Φ0和公式确定；其中，Φ1表示实现l阶OAM波束所需的相位响应，(x
i
，y
i
)表示角域色散单元在所述角域色散超表面中的坐标，Φ0表示所述角域色散超表面中心处的相位响应，θ
i
表示平面电磁波的入射角度，Φ2表示垂直出射时角
域色散单元所需的相位响应；
[0013]保证输出OAM波束垂直出射时，每个所述角域色散单元所需的相位响应为Φ，Φ＝Φ1+Φ2。
[0014]在一些实施例中，每个所述ELC谐振器贴片层和所述JC谐振器贴片层中各个贴片的臂长参数与所述角域色散单元所需的相位响应的对应关系为：
[0015]当L1为4.01mm至2.5mm，L2为6.5mm，L3为0.2mm，L4为1.47mm至1.56mm，C1为0.96mm至1.03mm时，能够对
‑
45
°
入射电磁波实现
‑
250
°
到
‑
210
°
的相位响应变化，同时对45
°
入射电磁波实现110
°
到70
°
的相位响应变化；其中，L1和L2表示所述JC谐振器贴片层的两个大臂的长度，L3和L4表示所述JC谐振器贴片层的两个小臂的长度，C1表示所述ELC谐振器贴片层的大臂长度；
[0016]当L1为0.5mm，L2为6.5mm，L3为0.2mm，L4为1.53mm至0.55mm时，C1为1.09mm至2.86mm时，能够对
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45
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入射电磁波实现
‑
200
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到
‑
110
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的相位响应变化，同时对45
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入射电磁波实现60
°
到
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30
°
的相位响应变化；
[0017]当L1为2.55mm至4.08mm，L2为5.61mm至4.08mm，L3、L4均为1mm，C1为3.2mm至4.8mm时，能够对
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45
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入射电磁波实现
‑
100
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到
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70
°
的相位响应变化，同时对45
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入射电磁波实现
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40
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到
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70
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的相位响应变化；
[0018]当L1为4.08mm至5.61mm，L2为4.08mm至2.55mm，L3、L4均为1mm，C1为4.8mm至3.2mm时，能够对
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45
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入射电磁波实现
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70
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40
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的相位响应变化，同时对45
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入射电磁波实现
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的相位响应变化；
[0019]当L1为6.5mm，L2为0.5mm，L3为0.55mm至1.53mm，L4为0.2mm，C1为2.86mm至1.09mm时，能够对
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45
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入射电磁波实现
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到60
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的相位响应变化，同时对45
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入射电磁波实现
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的相位响应变化；
[0020]当L1为6.5mm，L2为2.5mm至4.01mm，L3为1.56mm至1.47mm，L4为0.2mm，C1为1.03mm至0.96mm时，能够对
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的相位响应变化，同时对45
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入射电磁波实现
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的相位响应变化。
[0021]在一些实施例中，
[0022]所述ELC谐振器贴片层由两个完全对称的“T”型金属贴片组成，其中，竖向贴片的臂长为C1，金属贴片的宽度为0.2mm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道角动量涡旋电磁波复用装置，其特征在于，包括：若干个角域色散单元；所述角域色散单元呈阵列式均匀排布构成角域色散超表面；所述角域色散单元包括：ELC谐振器贴片层、JC谐振器贴片层和介质基板层；所述介质基板层设置于所述ELC谐振器贴片层和所述JC谐振器贴片层之间；每个所述ELC谐振器贴片层和所述JC谐振器贴片层的臂长参数由所需的相位响应确定；所述所需的相位响应为每个所述角域色散单元保证输出波垂直出射所需的相位响应。2.根据权利要求1所述的轨道角动量涡旋电磁波复用装置，其特征在于，每个所述角域色散单元保证输出波垂直出射所需的相位响应根据公式Φ1＝l
·
tan
‑1(y
i
/x
i
)+Φ0和公式确定；其中，Φ1表示实现l阶OAM波束所需的相位响应，(x
i
，y
i
)表示角域色散单元在所述角域色散超表面中的坐标，Φ0表示所述角域色散超表面中心处的相位响应，θ
i
表示平面电磁波的入射角度，Φ2表示垂直出射时角域色散单元所需的相位响应；保证输出波垂直出射时，每个所述角域色散单元所需的相位响应为Φ，Φ＝Φ1+Φ2。3.根据权利要求2所述的轨道角动量涡旋电磁波复用装置，其特征在于，每个所述ELC谐振器贴片层和所述JC谐振器贴片层中各个贴片的臂长参数与所述角域色散单元所需的相位响应的对应关系为：当L1为4.01mm至2.5mm，L2为6.5mm，L3为0.2mm，L4为1.47mm至1.56mm，C1为0.96mm至1.03mm时，能够对
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的相位响应变化，同时对45
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的相位响应变化；其中，L1和L2表示所述JC谐振器贴片层的两个大臂的长度，L3和L4表示所述JC谐振器贴片层的两个小臂的长度，C1表示所述ELC谐振器贴片层的大臂长度；当L1为0.5mm，L2为6.5mm，L3为0.2mm，L4为1.53mm至0.55mm时，C1为1.09mm至2.86mm时，能够对
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的相位响应变化；当L1为2.55mm至4.08mm，L2为5.61mm至4.08mm，L3、L4均为1mm，C1为3.2mm至4.8mm时，能够对
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【专利技术属性】
技术研发人员：李迎，杨杰，翟兴磊，杨军，尹治平，邓光晟，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：