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微波工程--数字编码超表面

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数字编码超表面的提出将局部几何、本构参数和电磁 (EM) 响应(例如,相位、振幅和极化)离散化,以便它们可以通过数字序列(例如,“0”和“1”)表示。这一概念打破了传统模拟和数字设备之间的界限,在物理世界和信息世界之间架起了桥梁,并为超表面设计开辟了新的前景。



数字编码超表面

As shown below👇


工作原理


数字编码和可编程超表面的一般概念最早是在2014年由 Cui 等人在下面文章提出的。

T. J. Cui, M. Q. Qi, X. Wan, J. Zhao and Q. Cheng, "Coding metamaterials digital metamaterials and programmable metamaterials", Light Sci. Appl., vol. 3, no. 10, pp. e218, Oct. 2014.


对于最简单的二进制 (1-b) 场景,提出结构包括两种元件的 2D 排列,其特征是反射相位为 0 和 180°,分别与二进制数字“0”和“1”相关联。

基于亚波长金属片状晶胞的可能超表面实现如图所示。

通过优化贴片边长 w,可以在特定工作频率下合成两个相位差为 180° 的响应。图 1(b) 显示了编码元件“0”(w = 4.8 mm)和“1”(w = 3.75 mm)在 7 至 14 GHz 范围内的相位响应,相位差由红色虚线表示。



理论应用方面介绍


半分析建模

Wan 等人提出了一种适用于半解析处理的编码超表面的近似建模。在二进制情况下,编码模式中的位通常与两个不同的反射相位相关联,尽管也可以考虑幅度和极化。


信息论方面

信息论中一个典型的场景是多个发射器通过多个通道将信息传输到多个接收器。受到香农信息熵概念的启发,该概念量化了每条信息中携带的信息,崔铁军等人提出了一个类似的度量来量化与编码超表面相关的信息。


基于卷积的操作

为了将散射模式引导到任意预先设计的方向,可以利用卷积类型的操作在信号处理中,卷积意味着频谱的变化,即

定义散射模式偏移的原理如下:

因此,通过将编码模式E(xλ)乘以与e^jxλsinθ0相关的梯度编码序列,可以获得量sinθ0(在角坐标系中)的转向。



End



   

在未来一个重要的方向是朝着智能超表面发展,现阶段主要包括两个分支:1) AI 驱动的设计和 2) 传感器集成的可编程平台。下一代智能超表面将展示更先进的传感和识别能力,以主动学习真实场景中的电磁特性并做出适当的响应,并将能够直接在电磁波空间中执行复杂的计算任务

       

来源:灵境地平线
理论META
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首次发布时间:2024-09-15
最近编辑:1月前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
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