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龙图腾网获悉南京航空航天大学申请的专利一种基于超表面的高阶模涡旋电磁波产生结构获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119315279B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-08发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411434112.8，技术领域涉及：H01Q15/00；该发明授权一种基于超表面的高阶模涡旋电磁波产生结构是由吴彤;周奕江;盛庆红;张宇;王吉明;路元刚;赫崇君设计研发完成，并于2024-10-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于超表面的高阶模涡旋电磁波产生结构在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于超表面的高阶涡旋电磁波产生结构，所述高阶模涡旋电磁波产生结构包括超表面，超表面包括多个元胞结构，其每个元胞都包含多层板状结构，多层板状结构第一层为金属贴片层、第二层为介质材料层、第三层为金属贴片层、第四层为介质材料层、第五层为金属地板层；所述第一层的金属贴片层包括一个方形裂环单元，第三层的金属贴片层包括十字交叉单元。高模数涡旋波束能够通过超表面等结构灵活调整，实现多方向、多角度的波束控制，适用于复杂的无线通信环境。除了无线通信，生成和操控高模数涡旋波在雷达、成像等领域也展现了巨大的应用前景，能够提升系统的分辨率和探测能力。

本发明授权一种基于超表面的高阶模涡旋电磁波产生结构在权利要求书中公布了：1.一种基于超表面的高阶模涡旋电磁波产生结构，其特征在于，高阶模涡旋电磁波产生结构包括超表面，超表面包括多个元胞结构，其每个元胞都包含多层板状结构，多层板状结构第一层为金属贴片层、第二层为介质材料层、第三层为金属贴片层、第四层为介质材料层、第五层为金属地板层； 第一层的金属贴片层包括一个方形裂环单元，用于产生圆极化涡旋电磁波； 第二层和第四层的介质层材料选用F4B，其相位介电常数为2.65，正切损耗角为0.0009； 第三层的金属贴片层包括十字交叉单元，用于在线极化条件下产生线极化涡旋电磁波； 该结构的设计方法，包括以下步骤： S1、构建元胞参数，根据产生反射的涡旋波对元胞幅值和相位的要求，元胞结构中的方形裂环单元的开槽长条旋转角度和开槽宽度为优化变量来优化方形裂环单元结构的尺寸参数，旋转ɑ后的开槽长条在方形谐振环上开出的槽宽为g的槽，从而形成方形裂环，旋转角度以5°的间隔由0°到180°取值，不同的旋转角度分别对应固定谐振频点所需的开槽宽度，共得到37种基本状态； 十字交叉单元的4种基本状态，根据这四种状态的参数构建四种元胞样式，其参数分别为： ； ； ； ； 其中为水平方向金属条的臂长，为水平方向金属条的宽度，为垂直方向金属条的臂长，为垂直方向金属条的宽度； S2、根据自由空间的赫姆霍兹方程推导出沿电磁波传输方向传播的涡旋波的电场表达式： 其中，i是虚数单位，为柱坐标系下的方位角，为纵向波数，为波束的振幅，为柱坐标系下的高度，为柱坐标系下的径向距离；为拓扑数，即OAM模式数； 携带OAM的涡旋波在横向平面上的理论相位分布为，其中为拓扑数，为角坐标，i为虚数符号；在坐标位置为处的超表面元胞所需要引入的涡旋相位为： 由于入射的垂直极化和水平极化都为球面波，所以需要不同位置的元胞都需要对球面波的相位进行补偿，选定的一馈源的相位中心在空间中相对于超表面中心点的相对位置为，超表面上的坐标为的元胞的相对位置为，则馈源相位中心到每个元胞的距离为；在坐标位置为处的超表面元胞所需要引入的馈源补偿相位为： 其中k为中心频点处在真空中的波数，为中心频率对应的波长； 则对于超表面的每个元胞，完整的线极化所需的超表面补偿相位为： S3、在MATLAB中利用超表面补偿相位计算理论的超表面分布，十字交叉单元使用2比特编码排布，方形裂环采用PB相位旋转单元角度排布，使用CST全波仿真软件进行仿真建模，使用全波数值仿真的方式对步骤S1中元胞的参数变量进行扫参，按照补偿相位计算出的每个元胞所对应的参数在扫参结果中寻找对应的参数值，得到该元胞的参数设置值； S4、根据MATLAB中得到超表面阵列中每一个元胞的参数设置值，利用CST软件中对超表面阵列进行建模。

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