【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信系统中的天线，特别涉及一种超薄惠更斯超表面的oam涡旋波设计方法。
技术介绍
1、电磁超表面是一种将亚波长单元结构在平面内周期或非周期排列而成的人工结构，它具有结构简单、厚度超薄、易加工等优点，同时通过设计单元结构的几何形式和排列形式，使其具有强大的空间电磁波调控能力，引起了人们极大地关注。与传统平面电磁波相比,携带轨道角动量(orbital angular momentum,oam)的涡旋电磁波是一种独特的波束,具有螺旋相位结构和环形幅度场,具有设计简洁、灵巧轻便的特点。由于oam模式的无穷性和不同模式间的正交性,提供了一种独立于时域、频域和极化域的全新自由度。在信道扩容和提升频谱效率方面,oam波具有极大的潜力,以缓解频谱资源需求增长带来的压力。
2、目前来说，尽管现在基于超表面生成oam涡旋波已有丰硕的成果，利用超表面获得oam波束也存在许多问题，比如，当级联层数少于三层时，无过孔的透射型超表面很难实现360°的相位控制和高透射率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术的缺点和不足，提供一种超薄惠更斯超表面的oam涡旋波设计方法，其能够在14ghz频率处产生oam电磁涡旋波。
2、本专利技术采用的技术方案：一种超薄惠更斯超表面的oam涡旋波设计方法，由入射的电磁平面波经过超表面透射，计算得到的超表面的补偿相位，该补偿相位与入射平面波相位相加，实现反射电磁波波前相位的螺旋分布特性。具体包括以下步骤：
3、步骤
4、所述基本单元的平面形状是边长为p的正方形，自上而下依次包括层叠的顶层金属图案层、中间介质层和底层金属图案层，所述顶层金属图案层和底层金属图案层上设有金属贴片，所述金属贴片设置为：由顶层金属图案层和底层金属图案层两个反对称的c形环，且在顶层和底层的c形环中央分放置长方形贴片构成；通过以c形环的开口角度和长方形贴片的长度为变量进行优化，构成m种基本单元来实现产生轨道角动量oam所需的相位范围；
5、所述基本单元根据产生涡旋波对基本单元结构的幅值和相位要求，选择m种，m≥8,使其能满足幅值≥0.8，且能实现360°的相位差。
6、步骤2、根据步骤1确定的m种实现涡旋波的基本单元，以整个超表面的中心点为均分m个区域(以确保相邻两种基本单元之间的相位梯度满足360°/m或-360°/m的关系)；并将整体超表面的平面结构划分为m×n(m≥20，n≥20)个以矩阵方式排布的基本单元。
7、根据自由空间的亥姆霍兹方程推导出沿电磁波传输方向传播的涡旋波的电场表达式，其中涡旋波束的相位作为超表面的输出相位，入射平面波场源作为超表面的输入相位，进而得到超表面每个基本单元所需要的补偿相位为:
8、
9、其中l为轨道角动量模式数，取值为整数，是超表面第m行第n列基本单元的补偿相位；x和y是以超表面的中心为原点构建坐标轴，对应每个基本单元的横/纵坐标。
10、步骤3、根据补偿相位公式在excel中进行公式输入，建立所设计的m种基本单元的相位和补偿相位之间的关联，并最终得到m×n个基本单元的位置关系，从而对所有的基本单元进行排布，即得到基于360°相控单元的oam涡旋波超薄惠更斯超表面。
11、作为优选，所述基本单元的正方形边长p＝8mm。
12、作为优选，所述中间介质层由厚度为0.762mm，介电常数为3.48，损耗为0.0048的roger’s r04350介质板构成。
13、作为优选，所述顶层金属图案层和底层金属图案层的金属贴片均由反射率≥90％的金属材料构成。
14、作为优选，所述顶层金属图案层和底层金属图案层的金属贴片均由电导率为5.8×107s/m的金属铜构成。
15、本专利技术是一种超薄惠更斯超表面的oam涡旋波设计方法,采用馈源及实现透射功能的辐射结构，所述馈源设置在辐射结构的上方，所述辐射结构有设置一层超薄介质基板，所述介质基板的顶层和底层设置m×n个呈阵列拍不的金属贴片单元，所述金属贴片由顶层和底层两个反对称的c形环，且在顶层和底层的c形环中央分放置长方形贴片。
16、本专利技术中的有益效果为：具有平面化的结构，利用层间的电磁互耦特性，使得该器件为在工作频带内具有高传输效率，形成易于加工、高透射率、厚度超薄等优点的oam波束发生器。
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1.一种超薄惠更斯超表面的OAM涡旋波设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述基于相控单元的OAM涡旋波超薄惠更斯超表面，其特征在于：作为优选，所述基本单元的正方形边长p＝8mm。
3.如权利要求2所述基于相控单元的OAM涡旋波超薄惠更斯超表面，其特征在于：所述中间介质层由厚度为0.762mm，介电常数为3.48，损耗为0.0048的Roger’s R04350介质板构成。
4.如权利要求3所述基于相控单元的OAM涡旋波超薄惠更斯超表面，其特征在于：所述顶层金属图案层和底层金属图案层的金属贴片均由反射率≥90％的金属材料构成。
5.如权利要求4所述基于相控单元的OAM涡旋波超薄惠更斯超表面，其特征在于：所述顶层金属图案层和底层金属图案层的金属贴片均由电导率为5.8×107S/m的金属铜构成。
【技术特征摘要】
1.一种超薄惠更斯超表面的oam涡旋波设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述基于相控单元的oam涡旋波超薄惠更斯超表面，其特征在于：作为优选，所述基本单元的正方形边长p＝8mm。
3.如权利要求2所述基于相控单元的oam涡旋波超薄惠更斯超表面，其特征在于：所述中间介质层由厚度为0.762mm，介电常数为3.48，损耗为0.0048的ro...
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