多模太赫兹轨道角动量波的天线制造技术

本发明专利技术属于通信技术领域，具体为产生多种模式轨道角动量波的天线。本发明专利技术天线由三个螺旋相位板组成；第一螺旋相位板为圆形实心，位于中心位置；第二螺旋相位板为环形，位于第一块螺旋相位板的外围；第三螺旋相位板为环形，位于第二块螺旋相位板的外围；三个螺旋相位板同轴；三个螺旋相位板分别由同步递增的八个梯度面组成，每个梯度面积相同，相邻的梯度面依次递增相同高度；三个螺旋相位板之间用金属环隔开。本发明专利技术超材料表面可将线极化方式入射的平面波同时转换成三种模式的轨道角动量波，并且通过改变螺旋相位板的高度形成不同模式的轨道角动量波，具有多模复用、设计灵活、结构简单、成本低廉等优点。成本低廉等优点。成本低廉等优点。

【技术实现步骤摘要】
多模太赫兹轨道角动量波的天线


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及产生多模太赫兹轨道角动量波的天线。

技术介绍

[0002]随着当代科技水平的迅速发展，尤其是对于通信领域的需求越发提高，更高的频带利用率和信道容量成为当前热门的发展方向，轨道角动量（Orbital angular momentum, OAM）由于其携带具有相互正交特性的拓扑荷，可以保持各自的相位独立传输，提高了频带利用率的同时也有效提高了波束的抗干扰能力。
[0003]当电磁波携带了轨道角动量之后变成为了涡旋电磁波，涡旋电磁波的相位波前会随着传播的方向螺旋扭曲，并且涡旋波束会产生强度低或者为零的中心点。当前产生OAM的研究方法有很多，主要有运用圆形阵列天线，螺旋相位板、螺旋反射面或者超表面，但是阵列天线用于产生太赫兹频段的OAM需要非常复杂的馈电网络，而其他方式在产生单频点的多模太赫兹OAM波上存在局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种多模复用、设计灵活、结构简单、成本低廉的能够产生多模太赫兹轨道角动量（OAM) 电磁波的天线。
[0005]本专利技术提供的能够产生多模太赫兹轨道角动量波的天线，其结构如图1、图2所示，该天线由三个螺旋相位板组成；其中，第一螺旋相位板1为圆形实心，位于中心位置，第二螺旋相位板2为环形，位于第一块螺旋相位板1的外围，第三螺旋相位板3也为环形，位于第二块螺旋相位板2的外围；三个螺旋相位板为同轴（同心）；第二螺旋相位板2与第一螺旋相位板1之间有间隔，其间设有第一金属环4，第三螺旋相位板3与第二螺旋相位板2之间也有间隔，其间设有第二金属环5。
[0006]所述的三个螺旋相位板，其各自的高度为螺旋递增的八个梯度面组成，每个梯度的面积大小相同，相邻的梯度面依次递增相同的高度。即螺旋相位板的八个梯度面，每个梯度面对应的圆心角均为45度；并且，三个螺旋相位板的八个梯度面同步，即由低到高同步递增。
[0007]本专利技术中：第一螺旋相位板（1）的半径为2
‑
4.5mm；第二螺旋相位板（2）的环的内径为5
‑
9mm，环的宽度为3
‑
7mm；第三螺旋相位板（3）的环的内径为13
‑
17mm，环的宽度为3
‑
7mm。本专利技术中：第一螺旋相位板（1）的最低阶梯高度为0.61
‑
0.63mm；最高阶梯高度为4.88
‑
5.04mm；第二螺旋相位板（1）的最低阶梯高度为1.05
‑
1.07mm；最高阶梯高度为8.4
‑
8.56mm；
第三螺旋相位板（1）的最低阶梯高度为1.69
‑
1.71mm；最高阶梯高度为13.52
‑
13.68mm。
[0008]在实施例中：第一螺旋相位板1的半径为4mm；第二螺旋相位板2的环的内径为6mm，环的宽度为6mm；第三螺旋相位板3的环的内径为13.5mm，环的宽度为6.5mm。在实施例中：第一螺旋相位板（1）的最高高度为4.96mm，一个阶梯的高度为0.62mm；第二螺旋相位板（2）的最高高度为8.48mm，一个阶梯的高度为1.06mm；第三螺旋相位板（3）的最高高度为13.6mm，一个阶梯的高度为1.7mm。
[0009]本专利技术中，所述的两个金属环4、5可运用任意金属材料，在实施例中所设定厚度为0.6mm。
[0010]本专利技术中，所述的螺旋相位板介质材料可用3D打印技术制作，在实施例中，运用介质材料为ABS树脂，相对介电常数为2.5。
[0011]具体而言，通过合理设计天线结构，可以使得入射波的相位延迟随着螺旋相位板高度梯度的变化而变化，通过设定三块螺旋相位板各自的高度，可以同时形成三种不同模式的OAM波。实施例的仿真结果表明，三块螺旋相位板同时将220GHz的入射平面波转换为OAM波，第一螺旋相位板1使得相邻相位延迟为45
°
，从而可以将入射平面波转换为+1模的OAM波，第二螺旋相位板2使得相邻相位延迟为90
°
，从而可以将入射平面波转换为+2模的OAM波，第三螺旋相位板3使得相邻相位延迟为180
°
，从而可以将入射平面波转换为+4模的OAM波。
[0012]本专利技术设计的天线，能够产生多模太赫兹轨道角动量电磁波。
[0013]文献检索结果表明，尚未有天线在220 GHz频段同时产生多模OAM波。
[0014]本专利技术设计的天线在220GHz，由三块螺旋相位板组成，结构简单，使用3D打印技术，加工方便，而且成本低廉。
附图说明
[0015]图1为本专利技术同时产生多模太赫兹轨道角动量波的天线图。
[0016]图2为本专利技术同时产生多模太赫兹轨道角动量波的天线的俯视图。
[0017]图3为本专利技术同时产生多模太赫兹轨道角动量波的天线的侧视图。
[0018]图4为本专利技术同时产生多模太赫兹轨道角动量波的天线在220GHz线极化平面波入射时在近场产生的+1、+2、+4模相位分布图。
[0019]图5为本专利技术同时产生多模太赫兹轨道角动量波的天线在220GHz线极化平面波入射时在近场产生的+1、+2、+4模幅度分布图。
[0020]图中标号：1为第一螺旋相位板，2为第二块螺旋相位板，3为第三块螺旋相位板，4为第一金属环，5为第二金属环。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明；本实施例给出了详细的实施方式
和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0022]如图1
‑
3所示，本专利技术提供了能够同时产生多模太赫兹轨道角动量波的天线，运用频率为220GHz，整体尺寸20
×
20
×
13.6 mm3（长
×
宽
×
高），本实施例包括由三种高度不同的螺旋相位板组成的天线。
[0023]如图1所示，本实施例中第一块为圆形实心螺旋相位板位于中心位置，第二块为环形螺旋相位板位于第一块螺旋相位板的外围，第三块环形螺旋相位板位于第二块螺旋相位板的外围，三个螺旋相位板直接有一定的间隔，间隔部分分别为第一金属环和第二金属环。三个螺旋相位板各自的高度为螺旋递增的八个梯度面组成，每个梯度的面积大小相同，相邻的梯度面依次递增相同的高度。
[0024]在本实施例中，取第一块螺旋相位板的最高高度为4.96mm，半径为4mm，一个阶梯高度为0.62mm，用于产生+1模的OAM波；第二块螺旋相位板的最高高度为8.48mm，内外半径分别为6mm和12mm，一个阶梯高度为1.06mm，用于产生+2模的OAM波；第三块螺旋相位板的高度为13.6mm，内外半径分别为13.5mm和20mm，一个阶梯高度为1.70mm，用于产生+4模的OAM波。三个螺旋相位板均使用相对介电常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模太赫兹轨道角动量波的天线，其特征在于，由三个螺旋相位板组成；其中，第一螺旋相位板（1）为圆形实心，位于中心位置；第二螺旋相位板（2）为环形，位于第一块螺旋相位板（1）的外围；第三螺旋相位板（3）也为环形，位于第二块螺旋相位板（2）的外围；三个螺旋相位板为同轴（同心）；第二螺旋相位板（2）与第一螺旋相位板（1）之间有间隔，其间设有第一金属环（4），第三螺旋相位板（3）与第二螺旋相位板（2）之间也有间隔，其间设有第二金属环（5）；所述的三个螺旋相位板，分别由螺旋递增的八个梯度面组成，每个梯度的面积大小相同，相邻的梯度面依次递增相同的高度；即螺旋相位板的八个梯度面，每个梯度面对应的圆心角均为45度；并且，三个螺旋相位板的八个梯度由低到高同步递增。2.根据权利要求1所述的多模太赫兹轨道角动量波的天线，其特征在于：第一螺旋相位板（1）的半径为2
‑
4.5mm；第二螺旋相位板（2）的环的内径为5
‑
9mm，环的宽度为3
‑
7mm；第三螺旋相位板（3）的环的内径为13
‑
17mm，环的宽度为3
‑
7mm。3.根据权利要求2所述的多模太赫兹轨道角动量波的天线，其特征在于：第一螺旋相位板（1）的最低阶梯高度为0.61
‑
0.63mm；最高阶梯高度为4.88
‑
5.04mm；第二螺旋相位板（1）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨曜榜，杨国敏，刘小茶，王海鹏，金亚秋，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：