Bredbåndsoverførselstype kodende metasurface til elektromagnetisk stråledannelse og -scanning

På grund af deres fremragende ydeevne ved manipulation af elektromagnetiske (EM) bølger frit og fleksibelt, metasurfaces er blevet bredt undersøgt siden begyndelsen af ​​det 21. århundrede. Imidlertid, med den hurtige udvikling af digital informationsteknologi, de traditionelle analoge metaoverflader med kontinuerlig fasestyring bliver svære at styre digital information. I 2014, digital kodning og programmerbare metasurfaces blev foreslået, som gør det muligt at manipulere EM -bølgerne fra det digitale aspekt, bygge en bro mellem informationsvidenskab og fysisk metasurface. For nylig, nogle forskere har foreslået en ny bredbåndstransmissionstype 1-bit digital kodning metasurface og analyseret dens manipulationer på EM fjernfeltstrålende funktionaliteter.

Det tilhørende papir med titlen "Bredbåndstransmissionstype 1-bit kodende metasurface til stråledannelse og scanning, "blev offentliggjort i Videnskab Kina fysik, Mekanik og astronomi , hvor RuiYuan Wu og prof. TieJun Cui fra Southeast University er den første forfatter og den tilsvarende forfatter, henholdsvis.

I lang tid, forbedring af arbejdsbåndbredden var en udfordring for metasurfaces. Generelt, bredbåndsdesign af metasoverflader af refleksionstype er lettere at implementere, fordi kun faseresponset bør overvejes, og refleksionsamplituden forbliver over 95% på grund af tilstedeværelsen af ​​metallisk jord. I modsætning, ved design af metaoverflader af transmissionstype, ikke kun faseresponsen skal opfylde kravene til digitale kodningsordninger, men der kræves også en høj transmissionsamplitude. Realiseringen af ​​begge betingelser er afhængig af stærk resonans af den digitale partikel, hvilket er meget svært at vedligeholde i et bredt bånd.

For at overvinde denne vanskelighed, forfatterne vedtog en flerlags transmissionstypestruktur, som vist i figur 1 (a), at implementere de digitale partikler. Strukturen består af fire identiske metalliske firkantede patches (se figur 1 (b)), et metallisk krydsformet slotlag (se figur 1 (c)), og dielektriske substrater. Ved at justere størrelserne på firkantede lapper, faseresponserne for transmitterede EM -bølger ville blive ændret i overensstemmelse hermed.

Efter optimeringer mellem den højere transmittans og tilstrækkelig faseforskel på 1-bit kodning, to digitale partikler med forskellige geometrier blev designet til at repræsentere de digitale tilstande '0' og '1'. Som vist i figur 1 (d) og 1 (e), faseforskellen mellem de to partikler blev holdt nær 180 ° for at sikre 1-bit kodningseffekten i bredbåndsområdet på 8,1-12,5 GHz med høj transmittans, svarende til en over 40% relativ båndbredde.

Baseret på de digitale partiklers bredbåndskarakteristika, et digitalt kodende metasurface-design blev først konstrueret for at opnå højretningsstråleformning i det brede bånd, hvor sidelobens niveauer var under 10dB, som vist i figur 2 (a) og 2 (b). Desuden, de digitale partikler på metasurface blev kodet som sekvensen for '010101 ...' for at udstråle to symmetriske stråler, hvor afbøjningsvinklerne kunne scanne kontinuerligt i endimensionelt område med ændringen af ​​arbejdsfrekvensen. Scanningsvinklen er mere end 20 °, som vist i figur 2 (c) og 2 (d). Det foreslåede design bryder den nuværende båndbreddegrænse i transmissionstypens kodende metasoverflader, hvilket angiver et bredt anvendelsespotentiale i radar og trådløse kommunikationssystemer.