[發明專利]一種空域移相單元以及雙模渦旋波束雙極化相位板

有效

• 申請號: 201810281381.3
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108598692B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 白旭東;孫運濤;呂艷亭;顏衛忠;胡鵬程;孔凡偉;錢婧怡
• 申請（專利權）人: 上海航天電子有限公司;上海科學儀器廠
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q3/30
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明提供了一種空域移相單元，其特征在于：所述空域移相單元包括一個金屬地板、基板組件以及金屬貼片組件，其中：所述金屬地板設置為帶有“十”字鏤空的金屬片，位于所述空域移相單元的中間層；所述基板組件包括至少兩個基板，所述基板用于固定所述金屬貼片組件和/或所述金屬地板；所述金屬貼片組件包括至少兩個金屬貼片，所述金屬貼片對稱的依次位于所述金屬地板的兩側，其中，所述金屬貼片與所述金屬地板間通過所述基板固定，相鄰的每兩個所述金屬貼片間通過所述基板固定。

第一章 技術領域

本發明涉及超材料天線技術領域，特別是一種雙模渦旋波束雙極化相位板。

第二章 技術背景

無線通信的載體主要是微波或毫米波頻段的電磁波，實際中使用最多的有球面波和平面波兩種。傳統的研究一直集中于密集編碼及信道復用等技術，如2G中提出的時分復用(TDM)和碼分復用(CDM)，3G時代又加入了空分復用(SDM)，4G又采用正交頻分復用(OFDM)及MIMO技術等，卻忽略了對作為信息載體電磁波本身的研究，這些技術的使用使得頻譜利用率得到了一定的提高，然而如果要進一步大幅提高頻譜資源利用率，滿足數據容量的爆炸式增長需求，亟需一種新的革命性的方法來徹底解決這一問題。在這一前提下，一種區別于球面波和平面波的渦旋電磁波，即攜帶有軌道角動量(Orbital Angular Momentum,OAM)電磁波的通信系統，為提高通信速率、頻譜利用率提供了一個理想的發展方向。相比平面電磁波，渦旋電磁波由于其自身相位的螺旋狀特征，理論上存在無窮階的模態，且各模態的渦旋波束具有相互正交特性。因此，利用不同模態的渦旋波束區分不同的傳輸信道，就可以實現渦旋信道的傳播復用。

目前，微波頻段渦旋電磁波的產生方法主要包含環形陣列天線法和準光學的平面波轉換法兩種。其中，環形陣列法通過給天線單元饋入不同的相位來生成渦旋波束，其顯著優點就是，在不改變陣列天線結構的前提下，只改變加載在陣元上信號的相位就可以實現不同模式渦旋電磁波的發射，但需要引入大量的移相器和復雜的控制網絡，系統的復雜度和成本極高。而常用的準光學方法多采用螺旋相位板和螺旋反射面生成渦旋電磁波，它們都源自于渦旋光束的產生方法，直接應用于微波頻段時都存在著尺寸大、質量重、加工難等缺點，且只能生成單一模式的渦旋波束。

第三章 發明內容

本發明提供了一種空域移相單元，所述空域移相單元包括一個金屬地板、基板組件以及金屬貼片組件，其中：

所述金屬地板設置為帶有“十”字鏤空的金屬片，位于所述空域移相單元的中間層；

所述基板組件包括至少兩個基板，所述基板用于固定所述金屬貼片組件和/或所述金屬地板；

所述金屬貼片組件包括至少兩個金屬貼片，所述金屬貼片對稱的依次位于所述金屬地板的兩側，其中，所述金屬貼片與所述金屬地板間通過所述基板固定，相鄰的每兩個所述金屬貼片間通過所述基板固定。

優選地，所述空域移相單元包括一個所述金屬地板、四個所述基板以及四個所述金屬貼片，其中，所述金屬地板的兩側各分布有兩個所述金屬貼片，相鄰的每兩個所述金屬貼片間通過所述基板固定，所述金屬貼片與所述金屬地板間通過所述基板固定。

優選地，所述金屬地板的“十”字鏤空的形狀為：由中心十字交叉的矩形縫隙端接圓孔構成，所述矩形的寬度為ws＝0.01λ～0.04λ，所述圓孔的直徑為ds＝0.03λ～0.06λ，相對兩圓的圓心間距為ls＝0.14λ～0.18λ，其中λ為入射波的波長。

優選地，所述基板厚度為h＝0.01～0.06λ，相對介電常數為ε_r＝3.55，周期性正方形晶格單元邊長為D＝0.1λ～0.5λ，其中λ為入射波的波長。

優選地，所述金屬地板為正方形。

本發明還提供了一種應用上述空域移相單元組成的雙模渦旋波束雙極化相位板，其特征在于：