[發(fā)明專利]一種渦旋電磁波模態(tài)變換裝置

在審

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• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108598629A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 衣建甲;馮瑞;曹雪琦;孟穎繁;張海林
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01P1/00
• 分類號: H01P1/00
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，公開了一種渦旋電磁波模態(tài)變換裝置，渦旋電磁波產(chǎn)生裝置位于電磁超表面單元的金屬板一側，并通過支架固定在電磁超表面單元的中心軸線上；本發(fā)明的電磁超表面單元由四個相互層疊且互不接觸的金屬板組成，金屬板上蝕刻有周期性排布的十字形凹槽，渦旋電磁波通過各電磁超表面單元十字形凹槽之間相互諧振產(chǎn)生的等效電容和電感，實現(xiàn)相位補償，進而改變渦旋電磁波橫截面上的相位分布，完成對渦旋電磁波模態(tài)的轉換，與現(xiàn)有技術相比，占用空間小，結構簡單，便于實現(xiàn)。本發(fā)明中電磁超表面單元中的相位可進行獨立調整，通過改變金屬板上十字形凹槽的尺寸，實現(xiàn)不同的相位補償，易于調控，設計自由度大。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種渦旋電磁波模態(tài)變換裝置。

背景技術

目前，業(yè)內常用的現(xiàn)有技術是這樣的：隨著無線通信技術的高速發(fā)展，無線通信系統(tǒng)所分配的頻譜變得異常擁擠，頻譜資源貧乏的問題日益嚴重，已成為無線移動通信與服務應用持續(xù)發(fā)展的瓶頸。為緩解頻譜資源與日益增長的無線業(yè)務需求之間的矛盾，認知無線電技術應運而生。但瑞典空間物理研究所Bo Thide教授等人另辟蹊徑，通過實驗將一束電磁波扭曲成一束渦旋電磁波，并提出了利用渦旋電磁波用于增大無線通信容量的設想。利用電磁波的軌道角動量即通過扭曲電磁波，可大幅提升無線通信的容量。在通常情況下，同一頻率只能傳輸一路信息。而在此，他們通過對電磁波的不同軌道角動量進行編碼，即使在現(xiàn)實環(huán)境中，也可實現(xiàn)同一頻率傳輸多路信息，這就有可能大幅度提升現(xiàn)有的無線通信容量。理論上，即使在不使用偏振或密集編碼技術的情況下，這項新的無線通信技術也可在某一固定頻帶范圍內實現(xiàn)無限多的信道傳輸，這對解決日益突出的無線通信頻譜擁擠問題提供了一個全新的解決思路。近些年，攜帶軌道角動量的渦旋電磁波在許多領域得到了廣泛的應用與研究，但在毫米波、微波頻段的實驗至今還沒有一個很理想的實驗鏈路模型。在渦旋電磁波的產(chǎn)生方面，主要有反射螺旋面結構、透射光柵結構、透射螺旋結構以及螺旋拋物面天線等。但是這幾種天線一旦被制造定型，就只能產(chǎn)生單一模態(tài)的渦旋電磁波，應用的范圍十分有限。

綜上所述，現(xiàn)有技術存在的問題是：天線一旦被制造定型，就只能產(chǎn)生單一模態(tài)的渦旋電磁波，如若基站需要發(fā)射多個不同模態(tài)的渦旋電磁波，就需要使用對應模態(tài)數(shù)量的天線，浪費資源且工作繁瑣。

解決上述技術問題的難度和意義：如若一個天線可以產(chǎn)生多個模態(tài)的渦旋電磁波，這將極大減少基站的發(fā)射天線數(shù)量，省去更換天線的時間，提高數(shù)據(jù)的發(fā)射速率。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種渦旋電磁波模態(tài)變換裝置。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種渦旋電磁波模態(tài)變換裝置，所述渦旋電磁波模態(tài)變換裝置包括電磁超表面單元、渦旋電磁波產(chǎn)生裝置；

渦旋電磁波產(chǎn)生裝置位于電磁超表面單元的金屬板一側，并通過支架固定在電磁超表面單元的中心軸線上；電磁超表面單元的上表面中心處為坐標原點建立笛卡爾坐標系，xOy面與電磁超表面單元的水平面平行且y與電磁超表面單元的某一邊長平行，渦旋電磁波產(chǎn)生裝置采用發(fā)射頻率為10GHz的天線；天線中心與坐標原點之間距離為

進一步，所述金屬板采用長方體結構，厚度為0.3mm，上表面尺寸為320×320mm；金屬板之間的距離為6.64mm。

進一步，所述金屬板電磁超表面單元包括依次層疊且互不接觸的第一金屬板、第二金屬板、第三金屬板、第四金屬板，通過樹脂支架固定。

進一步，所述第一金屬板、第二金屬板、第三金屬板、第四金屬板上蝕刻周期性排布的M×N個十字形凹槽，各行各列十字行凹槽的中心在一條與金屬板上表面邊長平行的軸上；第二金屬板、第三金屬板和第四金屬板與第一金屬板中十字形凹槽的排布方式、個數(shù)均相同。