基于几何相位的超表面产生宽带太赫兹涡旋波束的设计 被引量：1

1

作者 张莉 孙俊 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第6期44-48,共5页

为克服太赫兹涡旋波束存在带宽窄、效率低下等缺点,提出了一种基于几何相位的单层透射型超薄超表面,通过对超表面单元结构的设计和排布实现了宽带范围内太赫兹涡旋波的产生。该超表面单元由表层双C型金属环和底层介质层组成。利用几何... 为克服太赫兹涡旋波束存在带宽窄、效率低下等缺点,提出了一种基于几何相位的单层透射型超薄超表面,通过对超表面单元结构的设计和排布实现了宽带范围内太赫兹涡旋波的产生。该超表面单元由表层双C型金属环和底层介质层组成。利用几何相位原理,通过旋转金属结构,可以控制交叉极化透射光在宽频带内保持相同透射系数的前提下对其透射相位进行调控。通过对单元结构进行旋转编码,可以形成宽频带内用以产生不同拓扑荷数涡旋波束的编码超表面。仿真结果表明,在1.38~1.92 THz宽频带内,产生了拓扑荷数为l=±1两种模态的涡旋波束,且最大交叉极化透射效率为23%,接近单层结构的理论极限值。 展开更多

关键词 几何相位 超表面 宽带 太赫兹 涡旋波束

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微波波段涡旋波束的多模式集成与动态调控研究进展

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作者 袁乐眙 杨德生 +1 位作者 刘云飞 张狂 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1865-1873,共9页

该文回顾并总结了近期关于涡旋波束多模式集成与动态调控的研究成果与进展。首先从无源超表面透镜出发,利用传播相位与几何相位的综合调控作用,在单一超表面平台上实现了分数模涡旋波束的高纯度激发。更进一步,基于无源式超表面的多模... 该文回顾并总结了近期关于涡旋波束多模式集成与动态调控的研究成果与进展。首先从无源超表面透镜出发,利用传播相位与几何相位的综合调控作用,在单一超表面平台上实现了分数模涡旋波束的高纯度激发。更进一步,基于无源式超表面的多模式涡旋集成理论及方法,通过在超表面单元结构中加载变容二极管等有源可调谐式器件,实现涡旋波束的动态切换与人工调控。并在此基础上,对基于超表面的涡旋通信系统实现信道建模,并对涡旋通信系统的性能做出了理论分析与评估,为提高现代通信系统信道容量及信息传输速率打下理论基础。 展开更多

关键词 微波超表面 涡旋波束 多模式OAM集成 可重构调控 OAM通信

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基于超表面的涡旋波束控制技术研究综述

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作者 王志伟 朱永忠 +3 位作者 韩冷 周涵楚 徐军伟 谢文宣 《电讯技术》 北大核心 2024年第10期1535-1545,共11页

轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)复用技术因OAM模式间的正交性和模式的无限性,能极大程度地提升信道容量与频谱效率,对解决当前无线通信频谱拥挤问题具有重大潜力。然而,OAM波束的衍射特性和发散角问题严重限制了通信质量。对... 轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)复用技术因OAM模式间的正交性和模式的无限性,能极大程度地提升信道容量与频谱效率,对解决当前无线通信频谱拥挤问题具有重大潜力。然而,OAM波束的衍射特性和发散角问题严重限制了通信质量。对OAM通信的技术的难点进行了介绍,并对比分析了现有OAM波束控制天线的优势与不足,其中超表面天线因其结构简单、成本低和优异的电磁调控能力,在OAM波束控制中具有独特优势。其次重点梳理了基于超表面实现OAM波束控制的不同实现方式以及发展现状,最后综述了未来发展方向,为OAM波束控制相关技术的发展和未来大容量通信的实现提供了一定指导。 展开更多

关键词 轨道角动量 超表面天线 涡旋电磁波波束控制 大容量通信

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基于反射型超表面的太赫兹偏折涡旋波束生成 被引量：3

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作者 施宏宇 李国强 +4 位作者 刘康 李博林 衣建甲 张安学 徐卓 《雷达学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第5期785-793,共9页

太赫兹涡旋波束可以提高雷达通信系统通信容量及成像系统的分辨率,如何有效地产生这种波束成为近期研究热点之一。为了克服传统方式的缺点,该文设计加工了5个工作在太赫兹频段的反射型超表面,它们可以产生±1、±2和3共5个不同... 太赫兹涡旋波束可以提高雷达通信系统通信容量及成像系统的分辨率,如何有效地产生这种波束成为近期研究热点之一。为了克服传统方式的缺点,该文设计加工了5个工作在太赫兹频段的反射型超表面,它们可以产生±1、±2和3共5个不同模态的涡旋波束。为了避免馈源对涡旋波束的遮挡,通过平面反射阵原理控制了波束的偏转方向。超表面单元为3层结构,其中,上层为金属结构,控制上层结构中8个枝节的长度,可以在基本不改变超表面单元反射系数的情况下,调整它的反射相位。中间层为介质层,为了使超表面单元有较高的反射系数,介质层下方为一金属地。超表面单元仿真显示,其同极化反射率在90%以上,相位分布也满足超表面设计需求。超表面的仿真及测试结果表明,在340 GHz附近,不同超表面在设计的方向上产生了对应模态的涡旋波束,并且涡旋波束中的主模态能量占比最高。 展开更多

关键词 太赫兹 涡旋波束 超表面 波束调控 反射阵

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基于宽带超表面的太赫兹涡旋波束产生研究 被引量：1

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作者 冯文静 唐皓 +2 位作者 吴季达 黄铭 杨晶晶 《激光杂志》 北大核心 2019年第7期56-59,共4页

基于轨道角动量在光学领域的应用潜力,提出了一种工作在太赫兹频段的S型交叉极化反射式宽带超表面。通过仿真研究了 S型单元结构的极化转换特性和反射相位特性,并利用六种不同参数单元结构的有序排列构建了反射式宽带超表面。仿真结果表... 基于轨道角动量在光学领域的应用潜力,提出了一种工作在太赫兹频段的S型交叉极化反射式宽带超表面。通过仿真研究了 S型单元结构的极化转换特性和反射相位特性,并利用六种不同参数单元结构的有序排列构建了反射式宽带超表面。仿真结果表明,设计的单元结构不仅可以实现高效率的交叉极化反射幅度,而且通过调整尺寸参数可以实现有效的相位调控;在5. 1 THz ~7. 4 THz频段范围内,该超表面将线偏振波转化为涡旋波束,效率达到了 80%以上。 展开更多

关键词 太赫兹 轨道角动量 超表面 涡旋波束 宽带

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基于透射型超表面的模态可重构太赫兹涡旋波束生成

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作者 周晶仪 郑史烈 +2 位作者 余显斌 回晓楠 章献民 《雷达学报（中英文）》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期728-735,共8页

太赫兹技术与轨道角动量(OAM)技术相结合在高速无线通信领域具有巨大潜力。理论上不同模态的OAM之间具备严格正交性,若能将OAM技术应用到太赫兹通信系统中,必能极大提升系统的通信容量。因此,如何产生高质量的THz-OAM波束,并给予它灵活... 太赫兹技术与轨道角动量(OAM)技术相结合在高速无线通信领域具有巨大潜力。理论上不同模态的OAM之间具备严格正交性,若能将OAM技术应用到太赫兹通信系统中,必能极大提升系统的通信容量。因此,如何产生高质量的THz-OAM波束,并给予它灵活的动态控制成为研究者们的一大研究热点。该文设计了一种双层透射型超表面,使用3D打印作为加工方式,成本低、加工难度小。超表面单元结构采用高度可变的介质单元,随着单元高度不断发生改变,透射相位覆盖0°~360°,且透射率保持在88%以上。采用WR-10标准波导喇叭天线进行馈电,在100 GHz工作频率下,通过改变双层超表面之间的相对旋转角度,产生了不同模态的OAM波束。仿真结果表明,该文设计的超表面天线能够实现$l=1,2,3$的OAM波束,二维幅相结果符合对应模态的特征,$l=1,2,3$时,OAM波束的模态纯度分别为85.4%,84.9%,83.4%。通过太赫兹扫场测试平台测试了天线在90 GHz,100 GHz,110 GHz频点下的电场分布。结果表明:在20 GHz带宽内,产生的OAM波束质量较好,证明该文设计的超表面天线在高频工作具有一定的工作带宽,有望应用于高频OAM通信。 展开更多

关键词 太赫兹 涡旋波束 模态可重构 超表面 透射型

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基于编码电磁超表面的Bessel波束设计 被引量：3

7

作者 冯强 林屹峰 +1 位作者 单明明 李龙 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期867-876,共10页

编码电磁超表面构成信息超材料研究领域的一个分支.文中提出了基于编码电磁超表面的Bessel波束产生设计方法,为Bessel波束的产生与调控提供了新的解决方案;同时对基于电磁超表面的Bessel波束产生与设计的基本方法进行了梳理总结.首先通... 编码电磁超表面构成信息超材料研究领域的一个分支.文中提出了基于编码电磁超表面的Bessel波束产生设计方法,为Bessel波束的产生与调控提供了新的解决方案;同时对基于电磁超表面的Bessel波束产生与设计的基本方法进行了梳理总结.首先通过反射型编码电磁超表面分别设计了不同类型的Bessel波束,包括单波束零阶Bessel波束、双波束零阶Bessel波束、单波束高阶Bessel波束以及双波束高阶Bessel波束;然后对于每一种类型的Bessel波束分别对应给出了有关的设计理论和方法,并通过全波电磁仿真的方法进行了相应的仿真验证;最后,鉴于信息超材料技术的发展,基于编码电磁超表面的Bessel波束设计可以进一步地应用于信息超材料有关的系统设计,如近场无线信息/能量传输、近场雷达探测与成像,这也为信息超材料提供了一种可供选择的应用场景. 展开更多

关键词 Bessel波束 编码电磁超表面 信息超材料 轨道角动量(OAM) 涡旋波束

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一种多波束可旋转的金属波导太赫兹阵列天线 被引量：1

8

作者 蒋钊 黄峻堃 +3 位作者 张敏 苏红 李玲 梁华伟 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期63-69,共7页

随着移动通信的高速发展和通讯环境的日益复杂,多波束天线在多目标雷达、卫星通信以及多点无线通信等领域有着广泛的应用需求。轨道角动量是电磁波的基本属性之一,它具有螺旋形波前,可独立于振幅、相位、偏振等基本属性,能为电磁波提供... 随着移动通信的高速发展和通讯环境的日益复杂,多波束天线在多目标雷达、卫星通信以及多点无线通信等领域有着广泛的应用需求。轨道角动量是电磁波的基本属性之一,它具有螺旋形波前,可独立于振幅、相位、偏振等基本属性,能为电磁波提供新的复用维度。基于亚波长金属波导阵列对电磁波优异的调控能力,我们设计了一种多波束可旋转的太赫兹(THz)阵列天线,通过调控入射波两正交偏振分量的相位分布,可将其分别转化成强度分布一致、阶数相反的涡旋波束。通过改变两分量的相位差,可实现45°偏振方向上波束的干涉图样发生旋转。此外,该阵列天线还展现出了高增益(31 dBi)和宽带宽(61 GHz)的特性。该工作可为基于多波束阵列天线的方位角测量提供新的思路,对丰富THz频段的阵列天线设计具有重要意义。 展开更多

关键词 太赫兹波 涡旋波束 多波束天线 方位角测量

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轨道角动量天线波束控制技术的研究进展 被引量：2

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作者 杨于飞 谢文宣 +1 位作者 朱永忠 刘晓宇 《电讯技术》 北大核心 2022年第2期266-274,共9页

轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)因其模数的无限性与正交性在提升通信容量方面有着巨大的潜力,对解决频谱资源不堪重负的现状有很强的现实意义,而OAM波束自身的发散角限制了其远距离通信的能力。OAM波束控制技术作为OAM波束... 轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)因其模数的无限性与正交性在提升通信容量方面有着巨大的潜力,对解决频谱资源不堪重负的现状有很强的现实意义,而OAM波束自身的发散角限制了其远距离通信的能力。OAM波束控制技术作为OAM波束固有的发散角问题的解决方案,极具研究价值和发展前景。介绍了近年来OAM波束控制技术的研究进展,包括抛物面天线法、透镜天线法、谐振腔法、超表面法以及其他波束控制技术。OAM波束控制技术尚不成熟,针对不同类型以及不同应用领域还需进行不同侧重的研究。 展开更多

关键词 无线通信 轨道角动量(OAM)天线 涡旋电磁波波束控制

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太赫兹多维度相位调控反射超表面研究

10

作者 黄若彤 李九生 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1858-1867,共10页

数字编码超表面可以控制电磁波传输,受到了广泛关注。大多数报道的编码超表面基于几何相位或传输相位实现对反射或者透射线极化波和圆极化波的2π相位覆盖,限制了太赫兹波调控灵活性。提出传输相位和几何相位相结合排布超表面,在线极化... 数字编码超表面可以控制电磁波传输,受到了广泛关注。大多数报道的编码超表面基于几何相位或传输相位实现对反射或者透射线极化波和圆极化波的2π相位覆盖,限制了太赫兹波调控灵活性。提出传输相位和几何相位相结合排布超表面,在线极化太赫兹波入射下,基于传输相位机理设计的超表面产生了涡旋波束。根据几何相位原理,在圆极化太赫兹波入射下,设计的超表面产生了反射波束的偏转,超表面可以在多个频点产生涡旋波束,在0.9和1.2 THz处产生拓扑荷数l=1和l=2的涡旋波束,通过卷积生成偏折涡旋波束。最后设计聚焦超表面,实现了反射聚焦。研究结果表明,设计的超表面提供了一种多自由度的太赫兹波偏振和相位操控方法,在太赫兹系统具有广阔的应用潜力。 展开更多

关键词 太赫兹 相位调控 涡旋波束 波束偏转

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微波段超构表面对电磁波波前的调控研究

11

作者 张狂 袁乐眙 +2 位作者 王禹翔 丁旭旻 吴群 《微波学报》 CSCD 北大核心 2020年第1期149-155,共7页

文章回顾总结了本课题组近期关于微波段超构表面的研究进展。首先推导了单层超构表面的透射效率极限值,并设计实现了对交叉圆极化电磁波波前的有效人工调控。进一步基于等效滤波器的理论模型,推导了多层超表面的基本结构特性,在此基础... 文章回顾总结了本课题组近期关于微波段超构表面的研究进展。首先推导了单层超构表面的透射效率极限值,并设计实现了对交叉圆极化电磁波波前的有效人工调控。进一步基于等效滤波器的理论模型,推导了多层超表面的基本结构特性,在此基础上设计了能够分别工作于线极化及圆极化入射波条件下的多层超构透镜,实现了微波涡旋波束的高效激发,以及对正交圆极化的内在对称性进行人为解耦等多重波前调控。经过一系列的仿真分析和实验验证,我们所设计的微波段单层、多层超构表面均可产生符合预期理论设计的调控结果。这些研究进展为电磁波调控器件的平面化提供了有效的理论依据,加快了超构表面在无线通信技术领域的应用和发展。 展开更多

关键词 微波段 超构透镜 电磁波波前调控 涡旋波束 正交圆极化的独立调控

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基于VO_(2)的超表面器件设计及动态调控特性研究

12

作者 刘海 张颖 +6 位作者 王馨艳 高鹏 戴耀威 冯星宇 房俊锋 马鸿飞 王麒尧 《电子学报》 2025年第7期2441-2452,共12页

传统超表面器件可实现的功能较单一,难以满足复杂多变的实际应用需求.针对这一问题,本文提出了一种基于二氧化钒(VO_(2))的多功能可调控太赫兹超表面,该超表面单元由VO_(2)与金属组成的2个双裂环、介质层和金属衬底组成.利用VO_(2)材料... 传统超表面器件可实现的功能较单一,难以满足复杂多变的实际应用需求.针对这一问题,本文提出了一种基于二氧化钒(VO_(2))的多功能可调控太赫兹超表面,该超表面单元由VO_(2)与金属组成的2个双裂环、介质层和金属衬底组成.利用VO_(2)材料的相变特性以及几何(Pancharatnam-Berry,PB)相位原理,超表面单元可以在低频(0.8~1.2 THz)和高频(1.2~1.8 THz)2个频段上呈现出2种不同的相位分布,实现对反射圆极化波的独立调控.在此基础上,本文排布了3个具有不同功能的太赫兹超表面阵列,分别在宽带范围内产生了携带多拓扑荷数的涡旋波束和偏转涡旋波束,以及在1.2 THz处实现了平面聚焦波束与涡旋波束之间的功能切换.所设计的超表面在动态调控、宽带响应、多功能集成方面表现出优异性能,为光学元件的小型化、多功能化提供新的可能性,在太赫兹通信和自适应光学系统等方面具有潜在的应用价值. 展开更多

关键词 太赫兹超表面 多功能 涡旋波束 偏转波束 聚焦波束 二氧化钒

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