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申请/专利权人：南京工业大学

摘要：本发明公开了一种超薄惠更斯超表面的OAM涡旋波设计方法,由入射的电磁平面波经过超表面透射，计算得到的超表面的补偿相位，该补偿相位与入射平面波相位相加，实现反射电磁波波前相位的螺旋分布特性。本发明采用馈源及实现透射功能的辐射结构，所述馈源设置在辐射结构的上方，所述辐射结构有设置一层超薄介质基板，所述介质基板的顶层和底层设置m×n个呈阵列排布的金属贴片单元，所述金属贴片由顶层和底层两个反对称的C形环，且在顶层和底层的C形环中央分放置长方形贴片。本发明设计的该单元的基本结构可以实现360°相位覆盖。

主权项：1.一种超薄惠更斯超表面的OAM涡旋波设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1、设计出具有高透射特性、且透射相位覆盖360°的基本单元；所述基本单元的平面形状是边长为p的正方形，自上而下依次包括层叠的顶层金属图案层、中间介质层和底层金属图案层，所述顶层金属图案层和底层金属图案层上设有金属贴片，所述金属贴片设置为：由顶层金属图案层和底层金属图案层两个反对称的C形环，且在顶层和底层的C形环中央分放置长方形贴片构成；通过以C形环的开口角度和长方形贴片的长度为变量进行优化，构成M种基本单元来实现产生轨道角动量OAM所需的相位范围；所述基本单元根据产生涡旋波对基本单元结构的幅值和相位要求，选择M种，M≥8,使其能满足幅值≥0.8，且能实现360°的相位差；步骤2、根据步骤1确定的M种实现涡旋波的基本单元，以整个超表面的中心点为均分M个区域，以确保相邻两种基本单元之间的相位梯度满足360°M或-360°M的关系；并将整体超表面的平面结构划分为m×n个以矩阵方式排布的基本单元，其中m≥20，n≥20；根据自由空间的亥姆霍兹方程推导出沿电磁波传输方向传播的涡旋波的电场表达式，其中涡旋波束的相位作为超表面的输出相位，入射平面波场源作为超表面的输入相位，进而得到超表面每个基本单元所需要的补偿相位为: 其中l为轨道角动量模式数，取值为整数，是超表面第m行第n列基本单元的补偿相位；x和y是以超表面的中心为原点构建坐标轴，对应每个基本单元的横纵坐标；步骤3、根据补偿相位公式在Excel中进行公式输入，建立所设计的M种基本单元的相位和补偿相位之间的关联，并最终得到m×n个基本单元的位置关系，从而对所有的基本单元进行排布，即得到基于相控单元的OAM涡旋波超薄惠更斯超表面。

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