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1、碩士學(xué)位論文基于頻率選擇表面的軌道角動(dòng)量激發(fā)器件研究RESEARCHONORBITALANGULARMOMENTUMEXCITATIONDEVICESBASEDONFREQUENCYSELECTIVESURFACE王禹翔哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號(hào)：O441.6學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號(hào)：621.3密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文基于頻率選擇表面的軌道角動(dòng)量激發(fā)器件研究碩士研究生：王禹翔導(dǎo)師：張狂副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)所在單位：電子與信息工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)Class
2、ifiedIndex:O441.6U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONORBITALANGULARMOMENTUMEXCITATIONDEVICESBASEDONFREQUENCYSELECTIVESURFACECandidate：WangYuxiangSupervisor：AssociateProf.ZhangKuangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Electromagn
3、eticFieldandMicrowaveTechnologyAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要軌道角動(dòng)量（OAM）近年來成為了微波波段及射頻段的研究熱點(diǎn)之一。攜帶軌道角動(dòng)量時(shí)，電磁波具有螺旋的相位波前，通常可以將這種波束稱作渦旋波束。與電磁波的自旋角動(dòng)量（SAM）相比，SAM僅
4、與電磁波的極化相關(guān)，所以僅具有三種狀態(tài)數(shù)。而OAM模式是電磁場(chǎng)強(qiáng)度與相位空間分布的結(jié)果，根據(jù)螺旋相位的梯度不同可以具有無窮多個(gè)模式數(shù)（拓?fù)潆姾蓴?shù)）。由于不同模式之間的正交性，使得各路傳遞的信息之間互不影響。理論上，利用這種方式可以在同一工作頻率下構(gòu)造無窮多的渦旋波束，從而極大程度上提升了信道的容量。OAM模式的高效激發(fā)是其在微波波段應(yīng)用的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的OAM激發(fā)器件工作存在無法克服的厚度極限，而在較低頻率下，由于波長較長的關(guān)系將導(dǎo)致元件尺寸過于巨大，不利于大規(guī)模使用。針對(duì)這一問題，本文基于頻率選擇表面（FSS）展開了X波段軌道角動(dòng)量模式激發(fā)器件的研
5、究。首先，本文針對(duì)微波段上攜帶特定軌道角動(dòng)量模式數(shù)的渦旋波束透鏡的設(shè)計(jì)手段進(jìn)行了分析，并提出利用FSS單元設(shè)計(jì)渦旋透鏡的方法。從工作機(jī)理和基本分析方法著手，以無限長的條型帶柵為例對(duì)FSS的濾波特性進(jìn)行了深入剖析。同時(shí)，從柵瓣角度和入射角的穩(wěn)定性分析了小型化的必要性。其次，詳細(xì)的分析了耦合型MEFSS的等效電路設(shè)計(jì)方法。通過二階單元分析其性能影響因素。與傳統(tǒng)的FSS相比，本文所提出的單元結(jié)構(gòu)具有亞波長尺寸，并且單元本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小型化，對(duì)于入射角有很好的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)了四階帶通響應(yīng)的MEFSS單元，通帶包含X波段且在此范圍內(nèi)的透射系數(shù)高于0.9，并以此
6、進(jìn)行渦旋透鏡的設(shè)計(jì)。將透鏡陣列劃分成8個(gè)區(qū)域，通過金屬參數(shù)的調(diào)整使相鄰區(qū)域的單元在10.6GHz處具有45°等相位梯度的傳輸相移，實(shí)現(xiàn)了模式數(shù)l=1的線極化渦旋波束激發(fā)透鏡。最后，通過MEFSS單元結(jié)構(gòu)引入P-B相位，對(duì)出射波中交叉極化分量的相位進(jìn)行控制。根據(jù)不同類型的單元分別實(shí)現(xiàn)了拓?fù)潆姾蓴?shù)為1和2的兩個(gè)軌道角動(dòng)量模式激發(fā)。進(jìn)一步，根據(jù)廣義斯涅爾定律，對(duì)基于l=2的透鏡陣列實(shí)現(xiàn)了30°的渦旋波束偏轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞：軌道角動(dòng)量；頻率選擇表面；等效電路；透鏡-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractTheorbitalangularmoment
7、um(OAM)hasbecomeoneoftheresearchhotspotsinthemicrowaveandradiofrequencybandsduringrecentyears.Whencarryingtheorbitalangularmomentum,theelectromagneticwavehasaspiralphasewavefront,whichcanusuallybereferredtoasavortexbeam.Comparedtothespinangularmomentum(SAM)ofelectromagneticwa
8、ves,SAMonlyrelatestothepolarizationofelectromagneticwaves,andtherefo
