CN108598692B - 一种空域移相单元以及双模涡旋波束双极化相位板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空域移相单元，其特征在于：所述空域移相单元包括一个金属地板、基板组件以及金属贴片组件，其中：所述金属地板设置为带有“十”字镂空的金属片，位于所述空域移相单元的中间层；所述基板组件包括至少两个基板，所述基板用于固定所述金属贴片组件和/或所述金属地板；所述金属贴片组件包括至少两个金属贴片，所述金属贴片对称的依次位于所述金属地板的两侧，其中，所述金属贴片与所述金属地板间通过所述基板固定，相邻的每两个所述金属贴片间通过所述基板固定。

Description

一种空域移相单元以及双模涡旋波束双极化相位板

第一章 技术领域

本发明涉及超材料天线技术领域，特别是一种双模涡旋波束双极化相位板。

第二章 技术背景

无线通信的载体主要是微波或毫米波频段的电磁波，实际中使用最多的有球面波和平面波两种。传统的研究一直集中于密集编码及信道复用等技术，如2G中提出的时分复用(TDM)和码分复用(CDM)，3G时代又加入了空分复用(SDM)，4G又采用正交频分复用(OFDM)及MIMO技术等，却忽略了对作为信息载体电磁波本身的研究，这些技术的使用使得频谱利用率得到了一定的提高，然而如果要进一步大幅提高频谱资源利用率，满足数据容量的爆炸式增长需求，亟需一种新的革命性的方法来彻底解决这一问题。在这一前提下，一种区别于球面波和平面波的涡旋电磁波，即携带有轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)电磁波的通信系统，为提高通信速率、频谱利用率提供了一个理想的发展方向。相比平面电磁波，涡旋电磁波由于其自身相位的螺旋状特征，理论上存在无穷阶的模态，且各模态的涡旋波束具有相互正交特性。因此，利用不同模态的涡旋波束区分不同的传输信道，就可以实现涡旋信道的传播复用。

目前，微波频段涡旋电磁波的产生方法主要包含环形阵列天线法和准光学的平面波转换法两种。其中，环形阵列法通过给天线单元馈入不同的相位来生成涡旋波束，其显著优点就是，在不改变阵列天线结构的前提下，只改变加载在阵元上信号的相位就可以实现不同模式涡旋电磁波的发射，但需要引入大量的移相器和复杂的控制网络，系统的复杂度和成本极高。而常用的准光学方法多采用螺旋相位板和螺旋反射面生成涡旋电磁波，它们都源自于涡旋光束的产生方法，直接应用于微波频段时都存在着尺寸大、质量重、加工难等缺点，且只能生成单一模式的涡旋波束。

第三章 发明内容

本发明提供了一种空域移相单元，所述空域移相单元包括一个金属地板、基板组件以及金属贴片组件，其中：

所述金属地板设置为带有“十”字镂空的金属片，位于所述空域移相单元的中间层；

所述基板组件包括至少两个基板，所述基板用于固定所述金属贴片组件和/或所述金属地板；

所述金属贴片组件包括至少两个金属贴片，所述金属贴片对称的依次位于所述金属地板的两侧，其中，所述金属贴片与所述金属地板间通过所述基板固定，相邻的每两个所述金属贴片间通过所述基板固定。

优选地，所述空域移相单元包括一个所述金属地板、四个所述基板以及四个所述金属贴片，其中，所述金属地板的两侧各分布有两个所述金属贴片，相邻的每两个所述金属贴片间通过所述基板固定，所述金属贴片与所述金属地板间通过所述基板固定。

优选地，所述金属地板的“十”字镂空的形状为：由中心十字交叉的矩形缝隙端接圆孔构成，所述矩形的宽度为ws＝0.01λ～0.04λ，所述圆孔的直径为ds＝0.03λ～0.06λ，相对两圆的圆心间距为ls＝0.14λ～0.18λ，其中λ为入射波的波长。

优选地，所述基板厚度为h＝0.01～0.06λ，相对介电常数为ε_r＝3.55，周期性正方形晶格单元边长为D＝0.1λ～0.5λ，其中λ为入射波的波长。

优选地，所述金属地板为正方形。

本发明还提供了一种应用上述空域移相单元组成的双模涡旋波束双极化相位板，其特征在于：

所述双模涡旋波束双极化相位板的相位变化通过改变所述空域移相单元中金属贴片的边长尺寸实现对入射波的空间相位补偿。

优选地，调整所述矩形贴片的水平边长dx，实现对垂直极化入射波的空间相位补偿；调整所述矩形贴片的垂直边长dy，实现对水平极化入射波的空间相位补偿。

优选地，所述双模涡旋波束双极化相位板所需要的馈源设置为：所述馈源(1)位于所述双模涡旋波束双极化相位板的中心轴线方向上。

优选地，所述馈源(1)采用双线极化喇叭天线或双线极化微带天线。

优选地，所述双模涡旋波束双极化相位板上任意一个空域移相单元的补偿相位为：

其中，F为馈源(1)到双模涡旋波束双极化相位板(2)的垂直距离，x和y为任意空域移相单元相对所述双模涡旋波束双极化相位板中心的横坐标与纵坐标，λ为入射波的波长；l_i为生成的双极化双模涡旋电磁波所对应的轨道角动量模态，i＝1为水平极化波，i＝2对应垂直极化波。

本发明一种实施例的一种基于电磁超材料的新型双模涡旋波束双极化相位板，目的是为了解决传统采用材料的螺旋相位板厚度大、难加工、集成度差、模式单一等问题，可应用于含轨道角动量涡旋电磁波的多模复用，从而提高系统的通信容量。

第四章 附图说明

图1是本发明给出的基于电磁超材料的新型双模涡旋波束双极化相位板之结构示意图；

图2(a)是本发明中新型双极化超材料单元之结构爆炸示意图；

图2(b)是本发明中构成新型双极化超材料单元之矩形金属贴片的结构尺寸图；

图2(c)是本发明中构成新型双极化超材料单元之刻有变形“维多利亚十字”缝隙的金属地板结构尺寸图；

图3是实施例中构成超材料相位板单元的矩形贴片取不同边长尺寸时，方形单元的传输系数及相移变化图；

图4(a)是本发明实施例1中生成模式l＝0涡旋波的超材料相位板上单元的相移分布示意图；

图4(b)是本发明实施例1中生成模式l＝+1涡旋波的超材料相位板上单元的相移分布示意图；

图5是本发明实施例1中生成模式l＝0&l＝+1涡旋波的超材料相位板之拓扑结构示意图；

图6(a)是本发明实施例1中双模双极化相位板生成的水平极化l＝0模式涡旋波之空间辐射方向图；

图6(b)是本发明实施例1中双模双极化相位板生成的水平极化l＝0模式涡旋波之空间辐射相位分布图；

图7(a)是本发明实施例1中双模双极化相位板生成的垂直极化l＝+1模式涡旋波之空间辐射方向图；

图7(b)是本发明实施例1中双模双极化相位板生成的垂直极化l＝+1模式涡旋波之空间辐射相位分布图；

图8(a)是本发明实施例2中生成模式l＝+1涡旋波的超材料相位板上单元的相移分布示意图；

图8(b)是本发明实施例2中生成模式l＝+2涡旋波的超材料相位板上单元的相移分布示意图；

图9是本发明实施例2中生成模式l＝+1&l＝+2涡旋波的超材料相位板之拓扑结构示意图；

图10(a)是本发明实施例2中双模双极化相位板生成的水平极化l＝+1模式涡旋波之空间辐射方向图；

图10(b)是本发明实施例2中双模双极化相位板生成的水平极化l＝+1模式涡旋波之空间辐射相位分布图；

图11(a)是本发明实施例2中双模双极化相位板生成的垂直极化l＝+2模式涡旋波之空间辐射方向图；

图11(b)是本发明实施例2中双模双极化相位板生成的垂直极化l＝+2模式涡旋波之空间辐射相位分布图。

第五章 具体实施方式

下面结合附图对本发明一种基于电磁超材料的新型双模涡旋波束双极化相位板做详细说明。

首先，介绍构成本发明实施例的双模涡旋波束双极化相位板的最小单元，即空域移相单元。

根据本发明的一种实施例，空域移相单元可以包括一个金属地板、基板组件以及金属贴片组件。

其中，金属地板可以设置为带有“十”字镂空的金属片，位于所述空域移相单元的中间层；基板组件包括至少两个基板，基板用于固定所述金属贴片组件和/或所述金属地板；金属贴片组件包括至少两个金属贴片，金属贴片对称的依次位于金属地板的两侧，其中，金属贴片与金属地板间通过基板固定，相邻的每两个金属贴片间通过基板固定。

本发明实施例的空域移相单元可以包括一个金属地板、四个基板以及四个金属贴片。其中，金属地板的两侧各分布有两个金属贴片，相邻的每两个金属贴片间通过所述基板固定，金属贴片与金属地板间通过基板固定。

其中，金属地板的“十”字镂空可以是“维多利亚十字”缝隙。具体结构如图2(a)所示，按顺序为金属贴片Ⅰ(301)、第一层基板(302)、金属贴片Ⅱ(303)、第二层基板(304)、刻有变形“维多利亚十字”缝隙的金属地板(305)、第三层基板(306)、金属贴片Ⅲ(307)、第四层基板(308)、金属贴片Ⅳ(309)。

其中，金属地板为正方形。金属贴片可以是矩形的。在其他实施例中，金属贴片还可以是方形、圆形，或其他不规则图形。

在本发明的一个实施例中，金属地板上的“十”字镂空的形状可以是变形“维多利亚十字”缝隙，例如：由中心十字交叉的矩形缝隙端接圆孔构成，所述矩形的宽度为ws＝0.01λ～0.04λ，所述圆孔的直径为ds＝0.03λ～0.06λ，相对两圆的圆心间距为ls＝0.14λ～0.18λ，其中λ为入射波的波长。

在本发明的一个实施例中，基板的厚度为h＝0.01～0.06λ，相对介电常数为ε_r＝3.55，周期性正方形晶格单元边长为D＝0.1λ～0.5λ，其中λ为入射波的波长。

仍然以图2(a)所示的空域移相单元为例，其中，4层基板厚度为h＝0.04064λ，相对介电常数为ε_r＝3.55，空域移相单位的边长为D＝0.3λ。金属地板上的变形“维多利亚十字”缝隙，可以由十字交叉的矩形缝隙端接圆形孔构成，矩形金属条宽度为ws＝0.025λ，圆孔直径为ds＝0.045λ，相对两圆的圆心间距为ls＝0.16λ；4层矩形金属贴片尺寸相同。

本发明的另一方面，还提出了一种由前述的空域移相单元组成的双模涡旋波束双极化相位板，其相位变化可以通过改变空域移相单元中金属贴片的边长尺寸实现对入射波的空间相位补偿。

例如，调整金属贴片的水平边长dx，实现对垂直极化入射波的空间相位补偿，对水平极化入射波的相位则无影响。调整金属贴片的垂直边长dy，可以实现对水平极化入射波的空间相位补偿，对垂直极化入射波的相位无影响。通过合理地选择单元金属贴片边长dx和dy的尺寸数值，就可以实现两种线极化电磁波透射相位在0～2π内的线性变化。

在本发明的其他实施例中，也可以调整所述矩形贴片的水平边长dx，实现对水平极化入射波的空间相位补偿；调整所述矩形贴片的垂直边长dy，实现对垂直极化入射波的空间相位补偿。

在本发明的一个实施例中，双模涡旋波束双极化相位板所需要的馈源可以位于所述双模涡旋波束双极化相位板的中心轴线方向上。

其中，馈源(1)采用双线极化喇叭天线或双线极化微带天线。馈源(1)所产生的双线极化入射波，透射经过双模涡旋波束双极化相位板(2)后，两种线极化波相互独立分别得到相位补偿，补偿相位δ与入射波相位叠加作用后，实现了水平极化透射波的空间螺旋相位波前exp(il₁φ)和垂直极化透射波的空间螺旋相位波前exp(il₂φ)。

实际使用中，双线极化馈源(1)置于超表面涡旋相位板(2)的中心轴线上，由馈源(1)发出的双线极化入射波照射到电磁超表面上，经双线极化超表面结构(3)提供给两种极化波束的不同相位补偿后，生成了两种不同轨道角动量本征模态的涡旋电磁波。本发明所采用的新型双极化超表面具有损耗小、传输稳定性高和极化隔离度高等优点，借助该新型超表面的电磁调控功能，还可有效改善涡旋电磁波的波束发散问题。

请先参阅图1给出的该新型双模涡旋波束双极化相位板的结构示意图，馈源(1)位于超材料相位板的中心轴线方向上，采用双线极化喇叭天线或双线极化微带天线；馈源(1)所产生的双线极化入射波，透射经过双模涡旋波束双极化相位板(2)后，两种线极化波相互独立分别得到相位补偿，补偿相位与入射波相位叠加作用后，实现了水平极化透射波的空间螺旋相位波前exp(il₁φ)和垂直极化透射波的空间螺旋相位波前exp(il₂φ)。

由于，涡旋电磁波的电场表达式为：

其中，l为所生成涡旋电磁波对应的轨道角动量模态，

是方位角。在涡旋电磁波的传播过程中，垂直于波束轴心的平面不再是一个等相位面，在该平面内绕光轴旋转一周的相位延迟量为Δ＝2πl。所以，可以通过控制波在不同方位角上的相位时延来获得涡旋电磁波，对应于相位板上任意一个单元的补偿相位即为δ₁＝l·arctan(y/x)，其中，x和y为任意单元相对于相位板中心的横坐标与纵坐标。同时，为了补偿电磁波从馈源(1)到超材料相位板(2)上不同单元间的路径差，提高发射波束增益，还需要加入相位补偿量

其中，F为馈源(1)到超表面相位板(2)的垂直距离，λ为入射波的波长。进而得到，相位板上任意一个单元的补偿相位为：

例如，本发明的一个实施例的相位板共包含M×N＝30×30＝900元周期排列的正方形双极化空域移相单元，超材料相位板上任意一个单元的补偿相位为δ，

其中，F为馈源(1)到超材料相位板(2)的垂直距离，x和y为任意方形单元相对超表面相位板中心的横坐标与纵坐标，λ为入射波的波长；l_i为生成的双极化双模涡旋电磁波所对应的轨道角动量模态，i＝1为水平极化波，i＝2对应垂直极化波。

下面结合两个具体实施例对本发明做进一步说明：实施例均以本发明技术方案为前提下进行实施，实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的两个实施例。

在两个具体实施例中，选定工作频率为f＝7.5GHz，4层基板厚度取值为h＝1.6256mm，相对介电常数为ε_r＝3.55，周期性正方形晶格边长为D＝12mm；金属地板上的变形“维多利亚十字”缝隙，由十字交叉的矩形缝隙端接圆形孔构成，矩形金属条宽度为ws＝1mm，圆孔直径为ds＝1.8mm，相对两圆的圆心间距为ls＝6.4mm；4层矩形金属贴片尺寸相同，边长分别为dx和dy。通过改变矩形金属贴片边长dx和dy的大小，实现对入射波的空间相位补偿；其中，调整矩形贴片水平边长dx的大小，可以实现对垂直极化入射波的空间相位补偿，对水平极化入射波的相位无影响；调整矩形贴片垂直边长dy的大小，可以实现对水平极化入射波的空间相位补偿，对垂直极化入射波的相位无影响。通过合理地选择金属贴片尺寸dx和dy，就可以实现两种线极化电磁波透射相位在0～2π内的线性变化；采用全波数值仿真的方法计算得到金属贴片边长dx和dy取不同尺寸时，方形单元的传输系数及相移如图3所示，可以看到，单元的传输损耗都小于1.2dB，并可以满足0～2π内的线性相位变化。

实施例1：基于电磁超材料的新型双模涡旋波束双极化相位板产生轨道角动量模态l＝0&l＝+1的涡旋电磁波。

结合附图1、图4至图7来具体说明本实施方式，双线极化微带天线馈源(1)的中心工作频率选定为f＝7.5GHz，馈源到超表面相位板(2)的垂直距离取值为F＝8λ＝320mm；该新型超材料相位板共包含M×N＝30×30＝900元周期排列的正方形双极化移相单元，超表面相位板的总体尺寸为360×360×6.6074mm。当水平极化透射波所产生涡旋电磁波的模态为l＝0时，可依据补偿相位δ之计算公式得到超材料相位板上每个正方形单元的水平极化波相移分布如附图4(a)所示，进一步对照图3给出的方形单元之传输相移曲线，查找图4(a)中每个单元补偿相位所对应的横坐标，即可得到任意单元上矩形金属贴片垂直边长dy的尺寸数值；同理，当垂直极化透射波所产生涡旋电磁波的模态为l＝+1时，同样依据补偿相位δ之计算公式得到超材料相位板上每个正方形单元的垂直极化波相移分布如附图4(b)所示，对照图3给出的方形单元之传输相移曲线，查找图4(b)中每个单元补偿相位所对应的横坐标，即得到任意单元上金属贴片水平边长dx的尺寸数值；最终，构建得到可生成模式l＝0&l＝+1涡旋波的双极化超材料相位板，本发明实施例的详细拓扑结构如图5所示。

利用Ansoft HFSS电磁仿真软件，对本发明实施例1中生成模态l＝0&l＝+1涡旋波的双极化相位板之远场特性进行了仿真计算。其中，涡旋模态l＝0的水平极化电磁波之远场辐射方向图和空间相位分布如图6所示，可以看到，此时能量集中在中心区域未干涉相消，中心区域相位保持恒定，呈现出平面电磁波的典型特征。相应地，涡旋模态l＝+1的垂直极化电磁波之远场辐射方向图如图7(a)所示，可以看到，此时携带轨道角动量的涡旋波束围绕相位板的中心轴线形成一个辐射较高的环形区域，能量在中心区域则干涉相消形成强度为零的空洞，且传播距离越远，空洞面积逐步变大，说明在传播的过程中也保持中心强度为零，整体的辐射波束呈现为锥形发散状，此时的最大辐射方向与相位板中心轴线夹角为4.5°，波束中心相位奇点处电平比最大增益下降约22dB；附图7(b)给出了l＝+1模态涡旋电磁波的空间相位分布，从中可以明显地观察到涡旋电磁波所特有的中心相位奇点和螺旋相位结构，环绕中心顺时针方向旋转一周，电磁波的相位逐渐增大，相位变化对应着一个相位周期2π，完美展现了涡旋电磁波束所具有的螺旋相位波前。

实施例2：基于电磁超材料的新型双模涡旋波束双极化相位板产生轨道角动量模态l＝+1&l＝+2的涡旋电磁波。

结合附图1、图8至图11来具体说明本实施方式，双线极化微带天线馈源(1)的中心工作频率同样选定为f＝7.5GHz，参照实施例1，选定与实施例1一致的几何位置关系。当水平极化透射波所产生涡旋电磁波的模态为l＝+1时，可依据补偿相位δ之计算公式得到超材料相位板上每个正方形单元的水平极化波相移分布如附图8(a)所示，进一步对照图3给出的方形单元之传输相移曲线，查找图8(a)中每个单元补偿相位所对应的横坐标，即可得到任意单元上矩形金属贴片垂直边长dy的尺寸数值；同理，当垂直极化透射波所产生涡旋电磁波的模态为l＝+2时，同样依据补偿相位δ之计算公式得到超材料相位板上每个正方形单元的垂直极化波相移分布如附图8(b)所示，此时相位呈现了双螺旋状分布，对照图3给出的方形单元之传输相移曲线，查找图8(b)中每个单元补偿相位所对应的横坐标，即得到任意单元上金属贴片水平边长dx的尺寸数值；最终，构建得到可生成模式l＝+1&l＝+2涡旋波的双极化超材料相位板，本发明实施例的详细拓扑结构如图9所示。

利用Ansoft HFSS电磁仿真软件，对本发明实施例1中生成模态l＝+1&l＝+2涡旋波的双极化相位板之远场特性进行了仿真计算。其中，涡旋模态l＝+1的水平极化电磁波之远场辐射方向图如图10(a)所示，携带轨道角动量的涡旋波束围绕相位板中心轴线形成一个辐射较高的环形区域，能量在中心区域则干涉相消形成强度为零的空洞，整体的辐射波束呈现为锥形发散状，此时的最大辐射方向与相位板中心轴线夹角为4.5°，波束中心相位奇点处电平比最大增益下降约20dB；附图10(b)给出了l＝+1模态涡旋电磁波的空间相位分布，从中可以明显地观察到涡旋电磁波所特有的中心相位奇点和螺旋相位结构，环绕中心顺时针方向旋转一周，电磁波的相位逐渐增大，相位变化对应着一个相位周期2π。相应地，涡旋模态l＝+2的垂直极化电磁波之远场辐射方向图如图11(a)所示，同样可以看到，携带轨道角动量的涡旋波束围绕相位板的中心轴线形成一个辐射较高的环形区域，能量在中心区域则干涉相消形成强度为零的空洞，整体的辐射波束呈现为锥形发散状，此时的最大辐射方向与相位板中心轴线夹角为7°，波束中心相位奇点处电平比最大增益下降约15dB；图11(b)给出了l＝+2模态涡旋电磁波的空间相位分布，从中可以明显地观察到涡旋电磁波所特有的中心相位奇点和螺旋相位结构，环绕中心顺时针方向旋转一周，电磁波的相位逐渐增大，相位变化对应着两个相位周期4π。

本发明基于新型双极化电磁超材料，利用人工电磁超材料单元对入射波相位的调控能力，实现将双极化入射的准球面波束转变为高增益的双模电磁涡旋波束。与现有技术方案相比，本发明专利可以获得如下的有益效果：1、与传统生成多模涡旋波束的环形阵列相比，本发明所涉及的新型双模涡旋波束双极化相位板没有复杂的馈电及控制网络，整体结构简洁，便于运输及收藏；2、本发明所采用的新型双极化超材料空域移相单元，具有传输损耗小、相位自由度大、极化隔离度高等优点，有利于实现更精确的涡旋模式调控；3、本发明所涉及的双模涡旋波束双极化相位板，采用常规的PCB加工工艺，具有厚度小、成本低、易加工和集成度高等优点；4、本发明实现了在同一工作频率和同一相位板上生成具有较高增益的双模电磁涡旋波束，解决了传统相位板上无法生成多种模式涡旋电磁波的问题；5、本发明所生成的双模涡旋电磁波束，在保证涡旋模式正交隔离的同时，还具有较高的极化隔离度，从而实现更好的信道隔离。

综上所述，基于超材料和超表面的平面相位板被引入到电磁涡旋波束天线的设计中，相对于传统的光学相位板，超材料平面相位板具有结构简、体积小、加工易等诸多优点；同时，利用超材料单元对电磁波的精准调控功能，可在不引入复杂移相控制网络的前提下，对入射波进行空间相位的补偿，生成多种模式的涡旋电磁波，并能改善涡旋波束的发散特性。

以上内容对本发明专利的两个具体实施例进行了详细地描述。需要着重强调的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，相关专业的技术人员可以在权利要求的范围内做出各种修改和拓展，但这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种空域移相单元，其特征在于：所述空域移相单元包括一个金属地板、基板组件以及金属贴片组件，其中：

所述金属地板设置为带有“十”字镂空的金属片，位于所述空域移相单元的中间层；

所述基板组件包括至少两个基板，所述基板用于固定所述金属贴片组件和/或所述金属地板；

所述金属贴片组件包括至少两个金属贴片，所述金属贴片对称的依次位于所述金属地板的两侧，其中，所述金属贴片与所述金属地板间通过所述基板固定，相邻的每两个所述金属贴片间通过所述基板固定；

所述空域移相单元包括一个所述金属地板、四个所述基板以及四个所述金属贴片，其中，所述金属地板的两侧各分布有两个所述金属贴片，相邻的每两个所述金属贴片间通过所述基板固定，所述金属贴片与所述金属地板间通过所述基板固定；

所述金属地板的“十”字镂空的形状为：由中心十字交叉的矩形缝隙端接圆孔构成，所述矩形的宽度为ws＝0.01λ～0.04λ，所述圆孔的直径为ds＝0.03λ～0.06λ，相对两圆的圆心间距为ls＝0.14λ～0.18λ，其中λ为入射波的波长；

所述基板的厚度为h＝0.01～0.06λ，相对介电常数为ε_r＝3.55，周期性正方形晶格单元边长为D＝0.1λ～0.5λ，其中，λ为入射波的波长；

所述金属地板为正方形，所述金属贴片为矩形。

2.一种应用如权利要求1所述的空域移相单元组成的双模涡旋波束双极化相位板，其特征在于：所述空域移相单元以正方形晶格周期性排列组成超材料相位板。

3.如权利要求2所述的双模涡旋波束双极化相位板，其特征在于：所述双模涡旋波束双极化相位板的相位变化通过改变所述空域移相单元中金属贴片的边长尺寸实现对入射波的空间相位补偿；调整所述金属贴片的水平边长，用于对垂直极化入射波的空间相位补偿；调整所述金属贴片的垂直边长，用于对水平极化入射波的空间相位补偿。

4.如权利要求3所述的双模涡旋波束双极化相位板，其特征在于：所述双模涡旋波束双极化相位板所需要的馈源设置为：所述馈源(1)位于所述双模涡旋波束双极化相位板的中心轴线方向上。

5.如权利要求4所述的双模涡旋波束双极化相位板，其特征在于：所述馈源(1)采用双线极化定向天线。

6.如权利要求5所述的双模涡旋波束双极化相位板，其特征在于：所述双模涡旋波束双极化相位板上任意一个空域移相单元的补偿相位为：

其中，F为馈源(1)到双模涡旋波束双极化相位板(2)的垂直距离，x和y为任意空域移相单元相对所述双模涡旋波束双极化相位板中心的横坐标与纵坐标，λ为入射波的波长；l_i为生成的双极化双模涡旋电磁波所对应的轨道角动量模态，i＝1为水平极化波，i＝2对应垂直极化波。

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