[发明专利]一种极化可控的涡旋多波束超材料反射阵及其设计方法

权利要求书

1.一种极化可控的涡旋多波束超材料反射阵，其特征在于：包括电磁各向异性单元，所述电磁各向异性单元包括金属图案层、介质层和金属背板层，其中金属层位于顶部，介质层位于中间，金属背板位于底部，所述金属图案层为正交的工字形结构。

2.根据权利要求所述的极化可控的涡旋多波束超材料反射阵，其特征在于：所述金属图案层和金属背板层采用的金属为良导体金属。

3.根据权利要求所述的极化可控的涡旋多波束超材料反射阵，其特征在于：所述介质层采用的材料为FR-4、F4b、PMI、有机玻璃、聚酰亚胺、PET或PDMS。

4.根据权利要求改设计方法可以实现对每个波束的极化状态、拓扑荷数、传播方向独立设计和调控。

5.一种如权利要求4所述的极化可控的涡旋多波束超材料反射阵设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据涡旋多波束的工作频率，仿真满足工作频段的电磁各向异性单元的结构尺寸；

步骤2：通过调控水平极化反射波、垂直极化反射波的相位差，控制每个涡旋波束的极化方向；

步骤3：根据每个波束的极化状态、出射方向、涡旋波的拓扑荷数(模式)结合相应入射波相位信息，,确定每个阵元的相位分布；

步骤4：基于天线远场方向图叠加原理，在同一阵元处对多个波束进行相位叠加，可以获得最终涡旋多波束反射阵每个阵元的相位分布，每个阵元的相位分布包含水平极化波、垂直极化波相位分布；

步骤5：根据涡旋多波束反射阵的水平、垂直极化波的相位分布，确定电磁各向异性单元的结构尺寸，并根据相位分布状况进行排布，得到超材料反射阵。

6.根据权利要求5所述的极化可控的涡旋多波束超材料反射阵设计方法，其特征在于：所述步骤1中的电磁各向异性单元在工作频段内相位线性变化，反射波幅度趋于1。

7.根据权利要求5所述的极化可控的涡旋多波束超材料反射阵设计方法，其特征在于：所述的步骤5中，调整各向异性单元的金属图案层的水平臂长控制水平极化波的反射相位，调控金属图案层的垂直臂长控制垂直极化波的反射相位。

8.根据权利要求4所述的极化可控的涡旋多波束超材料反射阵设计方法，其特征在于：所述步骤3中，每个涡旋波束对应的极化状态、涡旋拓扑荷数、出射方向等三个参数均可以独立设计，且不同波束的三个参数也是独立的。