[发明专利]多模太赫兹轨道角动量波的天线

说明书

本发明属于通信技术领域，具体为产生多种模式轨道角动量波的天线。本发明天线由三个螺旋相位板组成；第一螺旋相位板为圆形实心，位于中心位置；第二螺旋相位板为环形，位于第一块螺旋相位板的外围；第三螺旋相位板为环形，位于第二块螺旋相位板的外围；三个螺旋相位板同轴；三个螺旋相位板分别由同步递增的八个梯度面组成，每个梯度面积相同，相邻的梯度面依次递增相同高度；三个螺旋相位板之间用金属环隔开。本发明超材料表面可将线极化方式入射的平面波同时转换成三种模式的轨道角动量波，并且通过改变螺旋相位板的高度形成不同模式的轨道角动量波，具有多模复用、设计灵活、结构简单、成本低廉等优点。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及产生多模太赫兹轨道角动量波的天线。

背景技术

随着当代科技水平的迅速发展，尤其是对于通信领域的需求越发提高，更高的频带利用率和信道容量成为当前热门的发展方向，轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）由于其携带具有相互正交特性的拓扑荷，可以保持各自的相位独立传输，提高了频带利用率的同时也有效提高了波束的抗干扰能力。

当电磁波携带了轨道角动量之后变成为了涡旋电磁波，涡旋电磁波的相位波前会随着传播的方向螺旋扭曲，并且涡旋波束会产生强度低或者为零的中心点。当前产生OAM的研究方法有很多，主要有运用圆形阵列天线，螺旋相位板、螺旋反射面或者超表面，但是阵列天线用于产生太赫兹频段的OAM需要非常复杂的馈电网络，而其他方式在产生单频点的多模太赫兹OAM波上存在局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种多模复用、设计灵活、结构简单、成本低廉的能够产生多模太赫兹轨道角动量（OAM) 电磁波的天线。

本发明提供的能够产生多模太赫兹轨道角动量波的天线，其结构如图1、图2所示，该天线由三个螺旋相位板组成；其中，第一螺旋相位板1为圆形实心，位于中心位置，第二螺旋相位板2为环形，位于第一块螺旋相位板1的外围，第三螺旋相位板3也为环形，位于第二块螺旋相位板2的外围；三个螺旋相位板为同轴（同心）；第二螺旋相位板2与第一螺旋相位板1之间有间隔，其间设有第一金属环4，第三螺旋相位板3与第二螺旋相位板2之间也有间隔，其间设有第二金属环5。

所述的三个螺旋相位板，其各自的高度为螺旋递增的八个梯度面组成，每个梯度的面积大小相同，相邻的梯度面依次递增相同的高度。即螺旋相位板的八个梯度面，每个梯度面对应的圆心角均为45度；并且，三个螺旋相位板的八个梯度面同步，即由低到高同步递增。

本发明中：

第一螺旋相位板（1）的半径为2-4.5mm；

第二螺旋相位板（2）的环的内径为5-9mm，环的宽度为3-7mm；

第三螺旋相位板（3）的环的内径为13-17mm，环的宽度为3-7mm。

本发明中：

第一螺旋相位板（1）的最低阶梯高度为0.61-0.63mm；最高阶梯高度为4.88-5.04mm；

第二螺旋相位板（1）的最低阶梯高度为1.05-1.07mm；最高阶梯高度为8.4-8.56mm；

第三螺旋相位板（1）的最低阶梯高度为1.69-1.71mm；最高阶梯高度为13.52-13.68mm。

在实施例中：

第一螺旋相位板1的半径为4mm；

第二螺旋相位板2的环的内径为6mm，环的宽度为6mm；

第三螺旋相位板3的环的内径为13.5mm，环的宽度为6.5mm。

在实施例中：

第一螺旋相位板（1）的最高高度为4.96mm，一个阶梯的高度为0.62mm；

第二螺旋相位板（2）的最高高度为8.48mm，一个阶梯的高度为1.06mm；

第三螺旋相位板（3）的最高高度为13.6mm，一个阶梯的高度为1.7mm。