[发明专利]涡旋波束产生方法、装置和电子设备

权利要求书

1.一种涡旋波束产生方法，其特征在于，包括：

根据天线口径场综合原理，获取全息超表面的多涡旋波束的辐射电场；

根据多涡旋波束的辐射电场确定全息超表面的形态；

利用天线激励表面波；

利用具有所述形态的全息超表面将所述表面波转换为多方向、多模态的涡旋波束。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据天线口径场综合原理，获取全息超表面的多涡旋波束的辐射电场，包括：

获取不同传播方向携带不同模态的各个涡旋波束的参考辐射电场；

将各个涡旋波束的参考辐射电场叠加，获得全息超表面的多涡旋波束的辐射电场。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述获取不同传播方向携带不同模态的各个涡旋波束的参考辐射电场，包括：

根据涡旋波束的辐射方向和空间坐标转换关系，计算超平面坐标系下，与涡旋波束的辐射方向相垂直的平面的角向角；其中空间坐标转换关系是涡旋波束的参考坐标系与超平面坐标系之间的相对位置关系；

根据所述角向角获取该涡旋波束对应的参考辐射电场。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述多涡旋波束为多贝塞尔涡旋波束，所述辐射电场包括涡旋波束极化方式、各个贝塞尔涡旋波束的辐射方向、模态数和各个贝塞尔涡旋波束的无衍射锥角；

其中，涡旋波束极化方式为线极化，各个贝塞尔涡旋波束的无衍射锥角满足(λ/4D)＜tanδ_i，λ是自由空间电磁波波长，D是天线的口径面尺寸，δ_i是第i贝塞尔涡旋波束的无衍射锥角。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述全息超表面为各向异性的超表面，所述全息超表面包括m×n个周期性排布的阻抗表面单元，阻抗表面单元包括介质板、印制在介质板上表面中心位置的金属贴片和下表面的金属地板，各个阻抗表面单元的金属贴片的缝隙角度不同，相邻位置处的阻抗表面单元的金属贴片之间的缝隙尺寸不同。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述根据多涡旋波束的辐射电场确定全息超表面的形态，包括：

根据全息阻抗再现原理计算多涡旋波束的辐射电场与参考波之间的调制张量阻抗，其中参考波是由所述天线激励产生的表面波；

根据预置约束条件和所述调制张量阻抗，计算所述全息超表面各个位置处阻抗表面单元的所述缝隙角度和所述缝隙尺寸；其中预置约束条件是一阻抗表面单元的缝隙角度与该阻抗表面单元的有效标量阻抗最大值的方位角相等；

根据所述全息超表面各个位置处阻抗表面单元的所述缝隙角度和所述缝隙尺寸确定各向异性的全息超表面的形态。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，通过下述步骤获取有效标量阻抗最大值的方位角：

根据多涡旋波束的辐射电场和参考波之间的干涉关系，以及根据全息超表面各个位置处阻抗表面单元的所述调制张量阻抗，确定全息超表面各个位置处阻抗表面单元的调制阻抗分量；

根据所述调制阻抗分量获取全息超表面各个位置处阻抗表面单元的有效标量阻抗；

根据所述有效标量阻抗的表达式获取各个位置处阻抗表面单元的有效标量阻抗最大值对应的方位角。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述根据预置约束条件和所述调制张量阻抗，计算所述全息超表面各个位置处阻抗表面单元的所述缝隙角度和所述缝隙尺寸，包括：

使用全波仿真方法计算全息超表面各个位置处阻抗表面单元的缝隙尺寸对应的有效标量阻抗最大值；

根据全息超表面各个位置处阻抗表面单元的缝隙尺寸及其对应的有效标量阻抗最大值，拟合有效标量阻抗最大值与缝隙尺寸之间的关系曲线；

根据该关系曲线计算全息超表面各个位置处阻抗表面单元的缝隙角度和缝隙尺寸。