你了解当下的无线数字通信发展技术么?.doc
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1、你了解当下的无线数字通信发展技术么?你了解当下的无线数字通信发展技术么?在过去的30年,无线数字通信系统发展迅速,无线通讯设备已成为人们日常生活中必不可少的设备之一,而无线通讯技术仍然不断追求具有更高保密度的通信方式,以应用于卫星对地通信和军用无线通信中。近日,东南大学崔铁军教授提出了一种基于数字编码超材料的全新数字无线通信体系结构,将要传送的信号由动态变化的辐射模式直接调制,在硬件和软件两个层面上都极大地简化了无线通信系统的架构。这一创新突破性成果以“DirectTransmissionofDigitalMessageviaProgrammableCodingMetasurface”为题发表
2、在Research(DOI:10.1155/2019/2584509)上。用于电磁波全空间控制的透/反射集成多功能编码超表面作为一种全新的电磁超材料,数字编码超表面(Digital coding metasurface)利用二进制的数字状态表示反射波或透射波的幅度或相位,对超材料的电磁特性实现了数字化表征,其设计原理和方法较传统的模拟超材料都更为简单:通过将编码单元按照不同的数字序列排列在阵面上,便可以实现具有相应不同功能的数字编码超表面。由于其单元状态为有限的二进制数字状态,因此利用可编程控制加载在单元结构中有源器件,可实现对编码状态及整体功能的实时调控。因此,数字编码超材料日益受到广泛关注
3、和深入研究。近日,来自东南大学的崔铁军教授课题组设计了一种多层各向异性编码超表面,通过改变微波(15 GHz)的极化和入射方向就可以实现多个独立的功能。作为概念性验证,研究人员通过仅使用单个“透射-反射-集成”(transmissionreflectionintegrated)的编码超表面,就实现了光束偏转(beam deflection)、漫散射(diffuse scattering)和涡旋光束产生(vortex beam generation)这三种不同的功能,并可通过编码方案同时控制共享孔径(shared aperture)上的透射和反射波前。数值计算和测量结果都验证了该超表面材料的出色
4、性能,为拓展超材料的多元化功能提供了一种简单有效的实现方法。早期相关工作发表在近期的Advanced Functional Materials上。超材料(Metamaterials)是指亚波长尺度单元按一定的宏观排列方式形成的人工复合电磁结构。由于其基本单元和排列方式都可任意设计,因此能构造出传统材料与传统技术不能实现的超常规媒质参数,进而对电磁波进行高效灵活调控,实现一系列自然界不存在的新奇物理特性和应用。然而,传统的电磁超材料和超表面都是基于连续变化的媒质参数,很难实时地操控电磁波。2014年,崔铁军教授课题组在国际上首次提出“数字编码与可编程超材料”,提出用二进制数字编码来表征超材料的思
5、想,通过改变数字编码单元“0”和“1”的空间排布来控制电磁波(Light: Science 然而,之前关于数字编码与可编程超材料的研究工作仅在空间域进行编码。近来,东南大学毫米波国家重点实验室程强教授、崔铁军教授和东南大学移动通信国家重点实验室金石教授及其博士生赵捷、阳析等提出时间编码超材料的概念(arXiv 1806.04414),可对电磁频谱进行任意调控。在该Nature Communications论文中,崔铁军教授等人首次提出了“时空编码数字超表面”,特殊设计的可编程超表面在时间域上按照相应的时间编码序列快速切换,可以在频率域产生谐波能量分布。同时结合空间域的编码排布,一款时空联合编码
6、的数字超表面可以在空间域和频率域同时调控电磁波。在该工作中,作者利用优化算法,设计相应的时空三维编码矩阵,超表面将入射波能量分散到空间任意方向和任意谐波频谱上,这一特性很好地缩减了雷达散射截面(RCS),未来有望应用于新型的计算成像系统。更重要的是,引入时间维度的编码之后,可以扩展传统的空间编码比特数,降低了实现高比特可编程超表面的系统复杂度。例如,一款2比特的可编程超表面,只要设计相应的时空编码矩阵,就可以在中心频率和谐波频率实现等效的360度相位覆盖,这是传统可编程超表面无法实现的,可用于实现波束塑形等一系列实用功能。本工作得到了国家科技部重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项“微
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