【產(chǎn)通社，11月28日訊】東南大學(xué)（Southeast University）官網(wǎng)消息，其毫米波全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室崔鐵軍院士、程強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，與香港城市大學(xué)太赫茲及毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳志豪教授團(tuán)隊(duì)合作，共同研發(fā)了具有邊帶抑制效應(yīng)的波導(dǎo)集成時空編碼超表面天線。該天線通過對超表面單元的輻射和不輻射兩種狀態(tài)進(jìn)行編碼切換，在空間和頻率維度上實(shí)現(xiàn)了對電磁波的復(fù)雜調(diào)控功能。相關(guān)成果以?“Sideband-Free Space-Time-Coding Metasurface Antennas” 為題發(fā)表在國際頂尖期刊Nature Electronics上?。香港城市大學(xué)吳耿波博士和東南大學(xué)戴俊彥副研究員為論文共同第一作者，戴俊彥、程強(qiáng)、崔鐵軍和陳志豪為共同通訊作者。

隨著全球5G移動信息網(wǎng)絡(luò)開始商用，6G的研究已經(jīng)引發(fā)了全球各研究機(jī)構(gòu)和通信企業(yè)的濃厚興趣�？芍貥�(gòu)智能超表面（RIS）作為一種新型的人工電磁超表面，具有靈活調(diào)控電磁波的頻率、幅度、相位、極化和傳播方向等特性，其低成本、低能耗、輕質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)使其成為面向下一代6G無線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵使能技術(shù)之一�？諘r編碼超表面在傳統(tǒng)的基于空間相位調(diào)制的超表面基礎(chǔ)上，引入了時間這一額外自由度，極大地拓展了超表面的電磁調(diào)控能力和應(yīng)用范圍 。但時間調(diào)制的引入往往伴隨著許多不希望的諧波頻率（即邊帶）產(chǎn)生，這些邊帶不但會分走一部分電磁能量，還會干擾相鄰電磁頻道，造成轉(zhuǎn)換效率低和頻譜污染等問題。這些問題成為目前阻礙空時編碼超表面 和時間調(diào)制陣列天線廣泛應(yīng)用的瓶頸，是業(yè)界亟待解決的關(guān)鍵問題。

目前，空時編碼超表面的主要研究集中在反射式或透射式類型，其入射波和出射波都是自由空間中的電磁波。而研究團(tuán)隊(duì)提出的波導(dǎo)集成時空編碼超表面天線將超表面附著在波導(dǎo)傳輸線上，每個超表面單元集成了PIN二級管，通過FPGA實(shí)時獨(dú)立地讓每個單元在輻射和不輻射兩種狀態(tài)（即1比特）進(jìn)行切換。通過加載不同的1比特時空編碼矩陣，超表面天線即可將波導(dǎo)中的電磁波（即導(dǎo)波）轉(zhuǎn)化為自由空間中的電磁波（即空間波），并能對其在頻率和空間維度上進(jìn)行靈活調(diào)控。

研究團(tuán)隊(duì)首先從理論上推導(dǎo)了波導(dǎo)集成空時調(diào)制超表面的輻射特性。每個超表面單元的輻射狀態(tài)隨時間周期變化，這樣的周期變化會產(chǎn)生非線性效應(yīng)，從而產(chǎn)生各種諧波頻率。然而只有滿足相位匹配條件的諧波頻率可輻射到自由空間，而其他非期望諧波頻率（邊帶）由于和自由空間及波導(dǎo)動量不匹配而被抑制。因此，波導(dǎo)集成時空編碼超表面能實(shí)現(xiàn)高效的頻率轉(zhuǎn)化并自帶濾波特性，有效地解決了空間波入射空時編碼超表面的邊帶污染問題。

研究團(tuán)隊(duì)在前期關(guān)于空間幅度調(diào)制（AM）漏波天線的文章中指出，產(chǎn)生高增益漏波輻射的關(guān)鍵是在波導(dǎo)口徑表面形成正弦形式的幅度分布。無源的AM漏波天線可以通過調(diào)節(jié)如人工表面等離子激元（SSPP）傳輸線的寬度實(shí)現(xiàn)，但其功能固定，難以實(shí)現(xiàn)動態(tài)波束掃描或功能可重構(gòu)。在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)從理論上推導(dǎo)出空時編碼調(diào)制在基頻上具有時間平均效應(yīng)，并利用該效應(yīng)在基頻處形成等效正弦幅度分布，從而在基頻可有效地實(shí)現(xiàn)高增益輻射和動態(tài)波束掃描。此外，研究團(tuán)隊(duì)還利用超表面單元具備深亞波長結(jié)構(gòu)的特性，采用空分復(fù)用的形式對超表面單元進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了多諧波獨(dú)立調(diào)控的功能（圖4），可應(yīng)用于多目標(biāo)探測和多用戶通信等場景。

相對于傳統(tǒng)的自由空間饋電空時調(diào)制超表面，研究團(tuán)隊(duì)此次提出的基于波導(dǎo)集成的時空編碼超表面無須額外饋源激勵，直接與饋源集成，具有小型化、低剖面、簡單1比特調(diào)控和無邊帶污染等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于下一代6G移動通信網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知雷達(dá)、實(shí)時成像等領(lǐng)域。

查詢進(jìn)一步信息，請?jiān)L問官方網(wǎng)站http://news.seu.edu.cn/2022/1107/c5527a426151/page.htm，以及https://www.nature.com/articles/s41928-022-00857-0。（Robin Zhang, 張底剪報）    （完）