[发明专利]数字编码透射超构表面的多波束OAM系统有效

专利信息
申请号: 202111513920.X 申请日: 2021-12-10
公开(公告)号: CN114284742B 公开(公告)日: 2023-06-30
发明(设计)人: 李思佳;李卓越;黄国帅;刘小宾;杨欢欢;李桐 申请(专利权)人: 中国人民解放军空军工程大学
主分类号: H01Q15/00 分类号: H01Q15/00;H01Q3/34;H01Q13/02
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 710051 陕西省*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 数字 编码 透射 表面 波束 oam 系统
【权利要求书】:

1.实现多波束OAM的数字编码透射超构表面单元,以下简称“单元”,由一层介质和与其贴合的前后两层金属贴片组成,其特征在于

介质板自前而后或自后而前看,均为正方形,其边长为p;介质厚度为t;

前方金属贴片包括向上双箭头和向下双箭头;向上双箭头包括上方大箭头、下方小箭头和竖直杆,大箭头、小箭头均指向上且关于竖直杆为对称;大箭头包括呈一定角度的两根长斜杆,小箭头包括呈同样角度的两根短斜杆;长斜杆长度为b1;两根长斜杆之间的夹角为α;短斜杆与长斜杆平行,其长度为b2;长斜杆与短斜杆之间的垂直距离为m;组成箭头的所有杆的宽度为w;向上双箭头下端原地不动,将向上双箭头垂直于纸面向下翻转,直至贴到介质板上,即形成为向下双箭头;向上双箭头和向下双箭头的竖直杆总长度为l;金属贴片中心与介质板前表面中心重合,竖直杆与介质板前表面左右两侧的边平行;在xoy平面内,金属贴片以为周期进行旋转,形成P种编码单元“0”-“P”;

后方金属贴片与前方金属贴片结构完全相等且位置完全对应地放置。

2.如权利要求1所述的实现多波束OAM的数字编码透射超构表面单元,其特征在于,介质板边长p范围为6-14mm;介质厚度t范围为2-3mm。

3.如权利要求2所述的实现多波束OAM的数字编码透射超构表面单元,其特征在于,介质板边长p为10mm;介质厚度t为2.5mm;介电常数选取范围为2.2-4.0范围内。

4.如权利要求1所述的实现多波束OAM的数字编码透射超构表面单元,其特征在于,长斜杆长度b1在3.5-4.5mm范围内;两根长斜杆之间的夹角α取值范围为90°-150°;短斜杆长度b2取值范围为1.0-1.5mm;长斜杆与短斜杆之间的垂直距离m取值范围为0.3-0.7mm;组成箭头的所有杆的宽度w取值范围为0.8-1.2mm。

5.如权利要求4所述的实现多波束OAM的数字编码透射超构表面单元,其特征在于,长斜杆长度b1为4.06mm;两根长斜杆之间的夹角α为130°;短斜杆长度b2为1.2mm;长斜杆与短斜杆之间的垂直距离m为0.46mm;组成箭头的所有杆的宽度w为1.08mm;金属贴片厚度取值范围为0.015-0.045mm。

6.如权利要求1所述的实现多波束OAM的数字编码透射超构表面单元,其特征在于,在xoy平面内,金属贴片以为周期进行旋转,旋转角度分别为“0°”,“22.5°”,“45°”,“67.5°”,“90°”,“112.5°”,“135°”,“157.5°”;形成8种编码单元“0”-“7”。

7.用于实现复合功能的数字编码透射超构表面阵列,其采用如权利要求1至6任一项所述的P种编码单元“0”-“P”排列呈二维编码超构表面阵列,其特征在于,根据需要的编码超构表面特性,设计N种具有不同功能的二维编码超构表面阵列,通过对P种编码单元“0”-“P”的一部分或全部进行编码,分别形成二维编码超构表面阵列,根据实际需要,不同功能的二维编码超构表面阵列通过以P为模进行模加运算来实现方向图卷积,获得用于实现复合功能的数字编码透射超构表面阵列。

8.如权利要求7所述的用于实现复合功能的数字编码透射超构表面阵列,其特征在于,通过对P种编码单元“0”-“P”的一部分或全部进行编码,分别实现2模态OAM编码、四波束偏转编码与相位补偿编码,获得相应二维编码超构表面阵列,将这三种二维编码超构表面阵列通过以P为模进行模加运算来实现方向图卷积,获得2模态四波束OAM的二维编码超构表面阵列。

9.数字编码透射超构表面的多波束OAM系统,其采用如权利要求7或8所述的用于实现复合功能的数字编码透射超构表面阵列,以下简称“超构表面阵列”,其特征在于,采用线极化喇叭天线作为发射端,超构表面阵列放置在线极化喇叭天线前方并与其保持一定距离,线极化喇叭天线发射电磁波,电磁波透过超构表面阵列形成2模态四波束OAM向空间辐射。

10.数字编码透射超构表面的多波束OAM系统的测试系统,其采用由线极化喇叭天线和如权利要求7或8所述的超构表面阵列组成的数字编码透射超构表面的多波束OAM系统,线极化喇叭天线作为发射端,超构表面阵列放置在线极化喇叭天线前方并与其保持一定距离,将矢量网络分析仪连接至线极化喇叭天线上;发射端对面放置圆极化喇叭作为接收端,圆极化喇叭中心同样正对超构表面阵列中心,与超构表面阵列保持一定距离;由线极化喇叭天线与超构表面共同构成数字编码透射超构表面的多波束OAM系统;测试均在微波暗室内完成;线极化喇叭天线发射电磁波,电磁波透过超构表面继续向前,被圆极化喇叭天线接收到,通过圆极化喇叭天线远场测试得到透射OAM波束的方向图,再通过近场测试得到透射OAM波束的幅度与相位分布结果。

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