一种双模态非对称双OAM波超表面阵列的制造方法

本公开涉及超表面电磁调控，尤其涉及一种双模态非对称双oam波超表面阵列的制造方法。

背景技术：

1、增加信息容量对于高速、大容量的无线通信，特别是在拥塞的无线电频率序列中具有重要的意义。近年来，携带正交轨道角动量oam模式的涡旋波由于其具有多复用的特点获得了大量的关注。但现有关于oam波产生的研究中，大多数波束都是指向法线方向或产生相同的模式，并且设计难度较大，oam的复用能力并未充分利用，因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

2、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开实施例的目的在于提供一种双模态非对称双轨道角动量(orbitalangular momentum,oam)波超表面阵列的制造方法，以增强轨道角动量波复用能力和提高无线通信的信息传输能力。

2、根据本公开实施例提出一种双模态非对称双轨道角动量波超表面阵列的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

3、建立宽带pancharatnam-berry超表面反射单元；

4、在所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元上，设计n×n个平面阵列单元的相位分布，依照所述相位分布将所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元加工成超表面反射阵列；

5、利用圆极化平面波照射所述超表面反射阵列，得到双模态非对称双oam波超表面阵列。

6、本公开的一示例性实施例中，在建立宽带pancharatnam-berry超表面反射单元的步骤中：

7、所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元包括中间介质层，所述中间介质层的上表面印刷有金属贴片，所述中间介质层的下表面设置有反射金属层。

8、本公开的一示例性实施例中，所述中间介质层包括介质基板，所述中间介质层包括介质基板，所述介质基板为f4b型，所述介质基板的介电常数εr＝2.2，所述介质基板的介电损耗角tanδ＝0.0019，所述介质基板的厚度h＝3.4mm，所述介质基板的边长为p＝8mm。

9、本公开的一示例性实施例中，所述金属贴片包括两条长度相等且相互平行的第一金属条和第二金属条，以及分别与所述第一金属条和所述第二金属条垂直连接的第三金属条，且所述第三金属条分别将所述第一金属条和所述第二金属条垂直等分；所述第一金属条的两端向下内折的长度与所述第二金属条的两端向上内折的长度相等，且内折角度相等。

10、本公开的一示例性实施例中，所述第一金属条、所述第二金属条和所述第三金属条的宽度相同；所述第一金属条和所述第二金属条的两端内折的角度均为60°。

11、本公开的一示例性实施例中，所述利用圆极化平面波照射所述超表面反射阵列，得到双模态非对称双oam波超表面阵列的步骤中，

12、所述圆极化平面波由置于远场区域的的喇叭天线传输；

13、所述圆极化平面波的反射系数的公式包括：

14、

15、其中，rxx表示x极化入射下电磁波传播的共极化反射系数；ryy表示y极化入射下电磁波传播的共极化反射系数；r--表示左旋圆极化入射下电磁波传播的共极化反射系数；r++表示右旋圆极化入射下电磁波传播的共极化反射系数；ryx、rxy、r+-和r-+分别表示相关联的交叉极化反射系数；j表示虚数符号；

16、所述r--与所述r++的相位值为金属贴片旋转角度的两倍。

17、本公开的一示例性实施例中，在所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元上，设计n×n个平面阵列单元的相位分布，依照所述相位分布将所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元加工成超表面反射阵列的步骤包括：

18、建立两个旋向相反的螺旋相位剖面，使每个所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元所在位置均满足各自的期望相位，生成模态分别为1和-1的两条oam涡旋波束；

19、利用方向图卷积原理，在两个所述螺旋相位剖面上分别叠加周期不同的相位梯度，分别得到叠加后的相位分布φ1和相位分布φ2，所述相位分布φ1的俯仰角为θr1，所述相位分布φ1的方位角为所述相位分布φ2的俯仰角为θr2，所述相位分布φ2的方位角为

20、将所述相位分布φ1和所述相位分布φ2进行相位复加运算，得到复加后的相位分布φ0；并根据所述相位分布φ0，将所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元加工成所述超表面反射阵列。

21、本公开的一示例性实施例中，每个所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元所在位置的期望相位的计算公式包括：

22、

23、其中，l表示拓扑电荷模态，l＝1或-1；(x,y)表示宽带pancharatnam-berry超表面反射单元的位置。

24、所述反射偏离角的计算公式包括：

25、

26、其中，λ表示波长；γ为常数，表示相位梯度序列的周期；f表示超表面反射阵列的工作频率。

27、本公开的一示例性实施例中，所述利用方向图卷积原理，在两个所述螺旋相位剖面上分别叠加周期不同的相位梯度，分别得到叠加后的相位分布φ1和相位分布φ2，所述相位分布φ1的俯仰角为θr1，所述相位分布φ1的方位角为所述相位分布φ2的俯仰角为θr2，所述相位分布φ2的方位角为的步骤中：

28、所述方向图卷积原理中的卷积运算公式包括：

29、

30、其中，f(xλ)表示任意相位序列；表示沿某一方向的不连续周期相位梯度；fft表示傅里叶变换；*表示卷积；f(sinθ-sinθ0)表示方向图从f(sinθ)偏转到f(sinθ0)；δ(sinθ-sinθ0)表示冲激函数；j表示虚数符号；

31、所述俯仰角θr的计算公式包括：

32、

33、所述方位角的计算公式包括：

34、

35、其中，θ1表示x轴方向偏转的角度；θ2表示y轴方向偏转的角度。

36、本公开的一示例性实施例中，所述将所述相位分布φ1和所述相位分布φ2进行相位复加运算，得到复加后的相位分布φ0；并根据所述相位分布φ0，将所述宽带pancharatnam-berry超表面反射单元加工成所述超表面反射阵列的步骤中，所述相位复加运算公式包括：

37、

38、其中，ejφ0(x,y)表示复加运算后的相位分布。

39、本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：

40、本公开提出了一种双模态非对称双oam波超表面阵列的制造方法，利用了高效的宽带pb超表面单元，通过对相位分布的设计和调整，增强了oam波的复用能力，提高了无线通信的信息传输能力。本公开在oam波复用和无线通信系统传输方面具有巨大潜力。

41、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。