[发明专利]一种涡旋电磁波模态变换装置

权利要求书

1.一种涡旋电磁波模态变换装置，其特征在于，所述涡旋电磁波模态变换装置包括电磁超表面单元、涡旋电磁波产生装置；

涡旋电磁波产生装置位于电磁超表面单元的金属板一侧，并通过支架固定在电磁超表面单元的中心轴线上；电磁超表面单元的上表面中心处为坐标原点建立笛卡尔坐标系，xOy面与电磁超表面单元的水平面平行且y与电磁超表面单元的某一边长平行，涡旋电磁波产生装置采用发射频率为10GHz的天线；天线中心与坐标原点之间距离为

2.如权利要求1所述的涡旋电磁波模态变换装置，其特征在于，所述金属板采用长方体结构，厚度为0.3mm，上表面尺寸为320×320mm；金属板之间的距离为6.64mm。

3.如权利要求1所述的涡旋电磁波模态变换装置，其特征在于，所述金属板电磁超表面单元包括依次层叠且互不接触的第一金属板、第二金属板、第三金属板、第四金属板，通过树脂支架固定。

4.如权利要求3所述的涡旋电磁波模态变换装置，其特征在于，所述第一金属板、第二金属板、第三金属板、第四金属板上蚀刻周期性排布的M×N个十字形凹槽，各行各列十字行凹槽的中心在一条与金属板上表面边长平行的轴上；第二金属板、第三金属板和第四金属板与第一金属板中十字形凹槽的排布方式、个数均相同。

5.如权利要求4所述的涡旋电磁波模态变换装置，其特征在于，所述第一金属板、第二金属板、第三金属板和第四金属板形成周期性排布的M×N个电磁超表面单元，每个单元的边长是0.533λ＝16mm，其中四个十字形凹槽的中心点均位于电磁超表面单元的中心轴上。

6.如权利要求5所述的涡旋电磁波模态变换装置，其特征在于，各电磁超表面单元中心相对位置与第一金属板上十字形凹槽中心相对位置一致，表示为：

其中，m为电磁超表面单元所在行，n为电磁超表面单元所在列，m＝1,2,…,20，n＝1,2,…,20，D为两个相邻电磁超表面单元中心的间距，为第m行第n列电磁超表面单元中心相对位置。

7.如权利要求4所述的涡旋电磁波模态变换装置，其特征在于，所述第一金属板、第二金属板、第三金属板和第四金属板上蚀刻的十字形凹槽的尺寸在电磁超表面单元的补偿相位ψ_mn满足：

其中，m为电磁超表面单元所在行，n为电磁超表面单元所在列，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，l＝1,2,…,l代表涡旋电磁波经过模态变换透镜增加的模态数，K为相位矫正，当m>M/2，n>N/2时，K＝0；当m>M/2，n<N/2时，K＝270；当m<M/2，n>N/2时，K＝90；当m<M/2，n<N/2时，K＝180。所求补偿相位ψ_mn位于0～2π之间，根据第m行第n列电磁超表面单元的补偿相位值ψ_mn绘制所有电磁超表面单元的的相位分布图。