基于透射型超表面的模态可重构太赫兹涡旋波束生成

作者:周晶仪; 郑史烈; 余显斌; 回晓楠; 章献民
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太赫兹技术与轨道角动量(OAM)技术的结合在高速无线通信领域具有巨大的潜力。理论上,具有不同模式的OAM具有严格的正交性。如果将OAM技术应用到太赫兹通信系统中,系统的通信容量将大大提高。因此,如何产生高质量的THz-OAM光束并对其进行灵活的动态控制成为研究人员的研究热点。本文设计了一种双层输电超表面,采用3D打印作为处理方法,成本低,处理难度低。超表面单元结构采用高度可变的介质单元。随着单位高度的不断变化,传播阶段覆盖0~360,透射率保持在88%以上。WR-10标准波导喇叭天线用于馈电。在100巴的工作频率下,通过改变双层超表面之间的相对旋转角度,产生不同模态的OAM梁。仿真结果表明,本文设计的超表面天线可以实现L=1.2.3的OAM波束,符合相应模式的特性。当l=1.2.3时,OAM梁的模态纯度分别为85.4%、84.9%和83.4%。在太赫兹现场扫描测试平台上测试了天线在90GHz、100GHz和110GHz频率下的电场分布。结果表明,在20GHz的带宽范围内,OAM波束质量良好,证明本文设计的超表面天线在高频工作时具有一定的工作带宽,有望应用于高频OAM通信。