基于超表面及波导结构的多阶OAM生成

论文摘要

本文研究在同一个结构上同时产生多个阶数轨道角动量(OAM)的方法。论文主要分为两个大方向:使用超表面上二维阵列单元的特殊排布方式和使用特殊的波导结构的方式。根据本课题组已有的研究成果,在领结型单元已有一个周期相位变化的基础上,本文提出了可以在两个正交方向上分别产生一个周期和两个周期相位变化的双领结单元,利用新提出的单元,电磁波轨道角动量复用的可行性得到了进一步增强。该单元组成的阵列可以在两个正交极化入射的情况下,分别在这两个方向产生不同阶数轨道角动量的相位模式,同时保持幅度的相对均匀。通过理论分析、单元仿真、超表面阵列模型仿真、样品加工和实验测量,得到的仿真和实验数据具有较高的吻合度,从而验证了该设计的正确性。相对于之前使用一个超表面产生特定阶数轨道角动量的工作成果,本文进一步实现了在一个阵列上同时产生两个阶数轨道角动量的模式。结合在一个模型上同时产生两个阶数轨道角动量的设想,本文还探索了若干特殊的波导结构。一类是具有高聚集特性的人工表面等离激元(SSPP)结构,使用人工表面等离激元激励环形分布的贴片可以在特定频点产生特定阶轨道角动量,而轨道角动量的阶数取决于该频率的电磁波在人工表面等离激元结构上传播的波数。文中设计并仿真了单圈人工表面等离激元波导的轨道角动量产生并说明了双圈人工表面等离激元波导的可行性;另一类是在封闭型波导的表面开缝从而实现漏波,本文探索了矩形波导和基片集成波导(SIW)两种结构,分别采用连续和离散两种开槽方式,仿真结果也证明不同阶数的轨道角动量可以由环形波导的半径控制,且两圈波导结构之间的相互影响可以忽略不计。综上,本文成功设计、仿真并实验验证了双领结单元超表面能产生两个独立阶数的轨道角动量,设计并仿真验证了利用基片集成波导与矩形波导产生互不干扰的两阶轨道角动量的功能。这些设计可以为今后通信系统中的轨道角动量复用提供技术支撑。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略表
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本课题研究内容
•   1.4 全文组织结构
• 第2章 电磁轨道角动量筒述
•   2.1 光频段下螺旋相位波束的常用产生途径
•     2.1.1 螺旋相位片
•     2.1.2 拉盖尔-高斯模式的分布
•   2.2 电磁轨道角动量的生成
•     2.2.1 环形分布偶极子
•     2.2.2 构造螺旋相位波阵面
•   2.3 电磁轨道角动量相位特性
•   2.4 本章小结
• 第3章 使用超表面的多阶OAM生成
•   3.1 超表面简介
•     3.1.1 超表面的广义斯涅尔定律
•     3.1.2 超表面的异常反射示例
•   3.2 单阶OAM生成
•     3.2.1 单领结结构设计
•     3.2.2 生成单阶OAM的超表面设计
•   3.3 两阶OAM生成
•     3.3.1 交错晶格排列方式
•     3.3.2 双极化单元结构方式
•     3.3.3 优化的双领结单元结构
•     3.3.4 双领结单元结构分析
•     3.3.5 双领结单元阵列方式
•   3.4 本章小结
• 第4章 波导结构的多阶OAM生成
•   4.1 人工表面等离子体基元馈圆形贴片
•     4.1.1 人工表面等离子体基元介绍
•     4.1.2 利用SSPP色散特性的陷波天线举例
•     4.1.3 SSPP耦合辐射贴片的特性
•     4.1.4 SSPP结构馈圆形贴片方式的OAM生成
•   4.2 基片集成波导漏波生成OAM
•     4.2.1 基片集成波导简介
•     4.2.2 环形SIW与其耦合方式
•     4.2.3 环形SIW开槽及OAM生成
•     4.2.4 双环形SIW生成双阶OAM
•   4.3 矩形波导漏波生成OAM
•     4.3.1 矩形波导简介
•     4.3.2 环状矩形波导模式与馈电设计
•     4.3.3 环状矩形波导开缝产生OAM
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 付维杰

导师: 王浩刚

关键词: 轨道角动量,超表面,人工表面等离激元,漏波天线,矩形波导,基片集成波导

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 浙江大学

分类号: TN25

总页数: 70

文件大小: 11187K

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