Метаповерхностная антенна с пространственно-временным кодированием для эффективной и безопасной связи
A space-time coding metasurface antenna for efficient and secure communications
Фотография метаповерхностной антенны с пространственно-временным кодированием. Кредит: Ву и др.

Антенны, которые могут соединять направленные волны, излучаемые из разных источников в свободном пространстве, и манипулировать этими волнами, имеют решающее значение для разработки многочисленных технологий, включая беспроводную связь, оптическую связь и системы измерения дальности. Метаповерхности, тонкие пленки, состоящие из нескольких элементов, продемонстрировали перспективность разработки таких типов антенн.

Исследователи из Городского университета Гонконга и Юго-восточного университета недавно создали новую метаповерхностную антенну, которая может извлекать и манипулировать направленными волнами для создания желаемых волн в свободном пространстве как в пространственной, так и в частотной областях. Эта антенна, представленная в статье, опубликованной в Nature Electronics , сочетает в себе два различных достижения в области исследований, а именно амплитудно-модулированные (AM) антенны с утечкой волны и методы пространственно-временного кодирования.

«Наша статья основана на изобретении антенны с рассеянной волной с амплитудной модуляцией, описанной в докторской диссертации доктора Генгбо Ву из Городского университета Гонконга (CityU), и новаторских исследованиях в области пространственно-временного кодирования. metasurface под руководством академика Ти Цзюня Цуй из Юго-восточного университета», — сказал TechXplore профессор Чи Хоу Чан, один из исследователей, проводивших исследование. «AM-антенны с утечкой волны вдохновлены амплитудной модуляцией в классической теории связи».

Ключевым преимуществом AM-антенн с утечкой волны является то, что их диаграмма направленности может быть легко синтезирована или адаптирована для конкретных целей путем изменения формы и структуры антенны. Однако после изготовления антенны ее характеристики излучения обычно остаются фиксированными.

«Примерно в то же время, когда в 2020 году были представлены AM-антенны с утечкой волны, доктор Джун Ян Дай присоединился к исследовательской группе CityU из Юго-восточного университета для назначения постдокторского научного сотрудника», — сказал профессор Чан. «Он пришел из исследовательской группы, возглавляемой академиком Те Цзюнь Цуй и профессором Цян Ченгом, и принес нам использование пространственно-временного кодирования или программного управления для динамической перенастройки характеристик антенны».

Метаповерхностная антенна с пространственно-временным кодированием для эффективной и безопасной связи
Измерительная установка метаповерхностной антенны с пространственно-временным кодированием в микроволновой безэховой камере. Кредит: Ву и др.

Пространственно-временное кодирование или пространственно-временное блочное кодирование — это метод, который позволяет инженерам передавать несколько копий потока данных через несколько антенн, используя разные версии исходных данных для более надежной передачи данных. Профессор Чан и его коллеги объединили методы пространственно-временного кодирования с конструкцией AM-антенны с утечкой волны, чтобы обеспечить модуляцию излучаемых диаграмм направленности.

«Объединяя два подхода, мы достигаем заданной характеристики излучения, контролируя последовательность включения-выключения и продолжительность переключений на антенне с утечкой волны с помощью пространственно-временной матрицы, которую можно создать с помощью аналитических средств», — пояснил профессор Чан. . «Из-за волноводной природы антенны с утечкой волны нежелательные гармоники, генерируемые переключателями, могут быть отфильтрованы волноводом, что приведет к подавлению боковой полосы. Представленные результаты исследований получены благодаря синергетическим усилиям и взаимодополняющему опыту двух исследователей. команды Городского университета Гонконга и Юго-восточного университета».

Новые метаповерхностные антенны без боковой полосы и пространственно-временного кодирования, представленные исследователями, в конечном итоге позволяют пользователям получать различные характеристики излучения с помощью программного управления, не требуя физических изменений в конструкции антенны. Это означает, что нежелательные боковые полосы или гармоники, которые мешают работе обычных антенн, основанных на реконфигурируемых метаповерхностях, могут быть устранены.

«Например, с нашей антенной можно добиться такого же частотного управления лучом», — сказал профессор Чан. «Поскольку матрица пространства-времени является линейной, разные лучи, излучающие на разных частотах, могут генерироваться одновременно путем наложения разных матриц пространства-времени. Поскольку матрица пространства-времени линейна, разные лучи, излучающие на разных частотах, могут генерироваться одновременно суперпозиция различных матриц пространства-времени».

Профессор Чан и его коллеги оценили эффективность своей конструкции антенны в серии испытаний и обнаружили, что она обеспечивает высокоэффективное преобразование частоты, непрерывное сканирование луча на основной частоте и независимое управление несколькими гармониками. В будущем их антенна может быть объединена с различными схемами модуляции основной полосы частот для достижения высокоэффективной и безопасной связи.

«В наших следующих исследованиях мы планируем изменить структуру антенны, чтобы добиться большего контроля над характеристиками излучения, включая поляризацию излучаемых лучей», — добавил профессор Чан. «Уникальной особенностью антенн является то, что мы можем управлять амплитудным и фазовым распределениями на апертуре антенны. Таким образом, мы можем создавать все виды характеристик излучения, в том числе линейную развертку сфокусированного пятна по длине или перпендикулярно поверхности антенны. "

Образец цитирования : Метаповерхностная антенна с пространственно-временным кодированием для эффективной и безопасной связи (22 ноября 2022 г.), полученная 23 ноября 2022 г. с https://techxplore.com/news/2022-11-space-time-coding-metasurface-antenna-efficient. .html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Электроника и полупроводникиТелеком
Дата публикации: 2022.11.23