多模太赫茲軌道角動量波的天線制造技術

本發明專利技術屬于通信技術領域，具體為產生多種模式軌道角動量波的天線。本發明專利技術天線由三個螺旋相位板組成；第一螺旋相位板為圓形實心，位于中心位置；第二螺旋相位板為環形，位于第一塊螺旋相位板的外圍；第三螺旋相位板為環形，位于第二塊螺旋相位板的外圍；三個螺旋相位板同軸；三個螺旋相位板分別由同步遞增的八個梯度面組成，每個梯度面積相同，相鄰的梯度面依次遞增相同高度；三個螺旋相位板之間用金屬環隔開。本發明專利技術超材料表面可將線極化方式入射的平面波同時轉換成三種模式的軌道角動量波，并且通過改變螺旋相位板的高度形成不同模式的軌道角動量波，具有多模復用、設計靈活、結構簡單、成本低廉等優點。成本低廉等優點。成本低廉等優點。

【技術實現步驟摘要】
多模太赫茲軌道角動量波的天線


[0001]本專利技術屬于通信
，具體涉及產生多模太赫茲軌道角動量波的天線。

技術介紹

[0002]隨著當代科技水平的迅速發展，尤其是對于通信領域的需求越發提高，更高的頻帶利用率和信道容量成為當前熱門的發展方向，軌道角動量（Orbital angular momentum, OAM）由于其攜帶具有相互正交特性的拓撲荷，可以保持各自的相位獨立傳輸，提高了頻帶利用率的同時也有效提高了波束的抗干擾能力。
[0003]當電磁波攜帶了軌道角動量之后變成為了渦旋電磁波，渦旋電磁波的相位波前會隨著傳播的方向螺旋扭曲，并且渦旋波束會產生強度低或者為零的中心點。當前產生OAM的研究方法有很多，主要有運用圓形陣列天線，螺旋相位板、螺旋反射面或者超表面，但是陣列天線用于產生太赫茲頻段的OAM需要非常復雜的饋電網絡，而其他方式在產生單頻點的多模太赫茲OAM波上存在局限性。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于克服現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種多模復用、設計靈活、結構簡單、成本低廉的能夠產生多模太赫茲軌道角動量（OAM) 電磁波的天線。
[0005]本專利技術提供的能夠產生多模太赫茲軌道角動量波的天線，其結構如圖1、圖2所示，該天線由三個螺旋相位板組成；其中，第一螺旋相位板1為圓形實心，位于中心位置，第二螺旋相位板2為環形，位于第一塊螺旋相位板1的外圍，第三螺旋相位板3也為環形，位于第二塊螺旋相位板2的外圍；三個螺旋相位板為同軸（同心）；第二螺旋相位板2與第一螺旋相位板1之間有間隔，其間設有第一金屬環4，第三螺旋相位板3與第二螺旋相位板2之間也有間隔，其間設有第二金屬環5。
[0006]所述的三個螺旋相位板，其各自的高度為螺旋遞增的八個梯度面組成，每個梯度的面積大小相同，相鄰的梯度面依次遞增相同的高度。即螺旋相位板的八個梯度面，每個梯度面對應的圓心角均為45度；并且，三個螺旋相位板的八個梯度面同步，即由低到高同步遞增。
[0007]本專利技術中：第一螺旋相位板（1）的半徑為2
?
4.5mm；第二螺旋相位板（2）的環的內徑為5
?
9mm，環的寬度為3
?
7mm；第三螺旋相位板（3）的環的內徑為13
?
17mm，環的寬度為3
?
7mm。本專利技術中：第一螺旋相位板（1）的最低階梯高度為0.61
?
0.63mm；最高階梯高度為4.88
?
5.04mm；第二螺旋相位板（1）的最低階梯高度為1.05
?
1.07mm；最高階梯高度為8.4
?
8.56mm；
第三螺旋相位板（1）的最低階梯高度為1.69
?
1.71mm；最高階梯高度為13.52
?
13.68mm。
[0008]在實施例中：第一螺旋相位板1的半徑為4mm；第二螺旋相位板2的環的內徑為6mm，環的寬度為6mm；第三螺旋相位板3的環的內徑為13.5mm，環的寬度為6.5mm。在實施例中：第一螺旋相位板（1）的最高高度為4.96mm，一個階梯的高度為0.62mm；第二螺旋相位板（2）的最高高度為8.48mm，一個階梯的高度為1.06mm；第三螺旋相位板（3）的最高高度為13.6mm，一個階梯的高度為1.7mm。
[0009]本專利技術中，所述的兩個金屬環4、5可運用任意金屬材料，在實施例中所設定厚度為0.6mm。
[0010]本專利技術中，所述的螺旋相位板介質材料可用3D打印技術制作，在實施例中，運用介質材料為ABS樹脂，相對介電常數為2.5。
[0011]具體而言，通過合理設計天線結構，可以使得入射波的相位延遲隨著螺旋相位板高度梯度的變化而變化，通過設定三塊螺旋相位板各自的高度，可以同時形成三種不同模式的OAM波。實施例的仿真結果表明，三塊螺旋相位板同時將220GHz的入射平面波轉換為OAM波，第一螺旋相位板1使得相鄰相位延遲為45
°
，從而可以將入射平面波轉換為+1模的OAM波，第二螺旋相位板2使得相鄰相位延遲為90
°
，從而可以將入射平面波轉換為+2模的OAM波，第三螺旋相位板3使得相鄰相位延遲為180
°
，從而可以將入射平面波轉換為+4模的OAM波。
[0012]本專利技術設計的天線，能夠產生多模太赫茲軌道角動量電磁波。
[0013]文獻檢索結果表明，尚未有天線在220 GHz頻段同時產生多模OAM波。
[0014]本專利技術設計的天線在220GHz，由三塊螺旋相位板組成，結構簡單，使用3D打印技術，加工方便，而且成本低廉。
附圖說明
[0015]圖1為本專利技術同時產生多模太赫茲軌道角動量波的天線圖。
[0016]圖2為本專利技術同時產生多模太赫茲軌道角動量波的天線的俯視圖。
[0017]圖3為本專利技術同時產生多模太赫茲軌道角動量波的天線的側視圖。
[0018]圖4為本專利技術同時產生多模太赫茲軌道角動量波的天線在220GHz線極化平面波入射時在近場產生的+1、+2、+4模相位分布圖。
[0019]圖5為本專利技術同時產生多模太赫茲軌道角動量波的天線在220GHz線極化平面波入射時在近場產生的+1、+2、+4模幅度分布圖。
[0020]圖中標號：1為第一螺旋相位板，2為第二塊螺旋相位板，3為第三塊螺旋相位板，4為第一金屬環，5為第二金屬環。
具體實施方式
[0021]下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明；本實施例給出了詳細的實施方式
和具體的操作過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。
[0022]如圖1
?
3所示，本專利技術提供了能夠同時產生多模太赫茲軌道角動量波的天線，運用頻率為220GHz，整體尺寸20
×
20
×
13.6 mm3（長
×
寬
×
高），本實施例包括由三種高度不同的螺旋相位板組成的天線。
[0023]如圖1所示，本實施例中第一塊為圓形實心螺旋相位板位于中心位置，第二塊為環形螺旋相位板位于第一塊螺旋相位板的外圍，第三塊環形螺旋相位板位于第二塊螺旋相位板的外圍，三個螺旋相位板直接有一定的間隔，間隔部分分別為第一金屬環和第二金屬環。三個螺旋相位板各自的高度為螺旋遞增的八個梯度面組成，每個梯度的面積大小相同，相鄰的梯度面依次遞增相同的高度。
[0024]在本實施例中，取第一塊螺旋相位板的最高高度為4.96mm，半徑為4mm，一個階梯高度為0.62mm，用于產生+1模的OAM波；第二塊螺旋相位板的最高高度為8.48mm，內外半徑分別為6mm和12mm，一個階梯高度為1.06mm，用于產生+2模的OAM波；第三塊螺旋相位板的高度為13.6mm，內外半徑分別為13.5mm和20mm，一個階梯高度為1.70mm，用于產生+4模的OAM波。三個螺旋相位板均使用相對介電常本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種多模太赫茲軌道角動量波的天線，其特征在于，由三個螺旋相位板組成；其中，第一螺旋相位板（1）為圓形實心，位于中心位置；第二螺旋相位板（2）為環形，位于第一塊螺旋相位板（1）的外圍；第三螺旋相位板（3）也為環形，位于第二塊螺旋相位板（2）的外圍；三個螺旋相位板為同軸（同心）；第二螺旋相位板（2）與第一螺旋相位板（1）之間有間隔，其間設有第一金屬環（4），第三螺旋相位板（3）與第二螺旋相位板（2）之間也有間隔，其間設有第二金屬環（5）；所述的三個螺旋相位板，分別由螺旋遞增的八個梯度面組成，每個梯度的面積大小相同，相鄰的梯度面依次遞增相同的高度；即螺旋相位板的八個梯度面，每個梯度面對應的圓心角均為45度；并且，三個螺旋相位板的八個梯度由低到高同步遞增。2.根據權利要求1所述的多模太赫茲軌道角動量波的天線，其特征在于：第一螺旋相位板（1）的半徑為2
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4.5mm；第二螺旋相位板（2）的環的內徑為5
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9mm，環的寬度為3
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7mm；第三螺旋相位板（3）的環的內徑為13
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17mm，環的寬度為3
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7mm。3.根據權利要求2所述的多模太赫茲軌道角動量波的天線，其特征在于：第一螺旋相位板（1）的最低階梯高度為0.61
?
0.63mm；最高階梯高度為4.88
?
5.04mm；第二螺旋相位板（1）的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊曜榜，楊國敏，劉小茶，王海鵬，金亞秋，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：