【摘 要】
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为解决频谱紧张的问题,研究者们致力于找到扩大通信容量的方式,轨道角动量因有无数个正交的模式数而被认为最具有潜力用于提升通信速率的技术。为产生携带不同轨道角动量模式数的涡旋波,相移超表面因有着易加工、低剖平面、高增益、可控制电磁波极化、相位、幅度、阻抗等优势而在众多天线类型中脱颖而出,成为研究者们产生涡旋波青睐的方式。本文基于相移超表面产生涡旋波为研究点,设计了三款不同功能的超表面,分别实现了涡旋波
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为解决频谱紧张的问题,研究者们致力于找到扩大通信容量的方式,轨道角动量因有无数个正交的模式数而被认为最具有潜力用于提升通信速率的技术。为产生携带不同轨道角动量模式数的涡旋波,相移超表面因有着易加工、低剖平面、高增益、可控制电磁波极化、相位、幅度、阻抗等优势而在众多天线类型中脱颖而出,成为研究者们产生涡旋波青睐的方式。本文基于相移超表面产生涡旋波为研究点,设计了三款不同功能的超表面,分别实现了涡旋波复用、模式可重构、波束扫描。本文的主要工作如下:（1）设计了一款宽带双极化多波束的涡旋波反射相移超表面。首先设计出工作在13-15.5GHz的宽带双线极化其结构为四L型与四个寄生贴片型的反射型单元,可实现两个正交极化360°相移的独立调控;其次通过计算单或多涡旋波束的相位补偿,形成16×16个单元的组阵,最终可产生x、y极化分别单波束、双波束、四波束的涡旋波,实现了频率复用、极化复用、空间复用与模式复用的结合。（2）设计了一款2-bit机械旋转模式可重构的涡旋波透射相移超表面。首先设计了两个均工作在15.5GHz的单元,其透射幅度和透射相位分别为＞0.9的360°相移和＞0.89的300°相移;其次基于球面波转平面波的相位补偿计算以及提出的2-bit机械旋转模式可重构相位叠加方法,可得到第一个单元组阵的最上层相移超表面和第二个单元组阵的中间层及底层相移超表面共同构成可重构的涡旋波模型;最后分别0°、90°、270°旋转底层板,可得到模式为0、1、-1或0、2、-2模式高增益高口径效率的可重构涡旋波。（3）设计了一款机械旋转波束扫描的涡旋波透射相移超表面。首先采用了第二个工作设计的两个单元;基于产生不同模式的相位补偿计算及机械旋转波束扫描的相位计算,可得到第一个单元组阵的最上层相移超表面和第二个单元组阵的中间层及底层相移超表面共同构成涡旋波波束扫描的模型;最后通过水平旋转中间层和底层相移超表面,可仿真得到不同偏转角和不同方位角高增益高口径效率的涡旋波束。
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