基于反射型超表面的太赫兹偏折涡旋波束生成

摘要

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.