Пекинский университет: метаповерхность независимо управляет излучением и отражением на 10,55 ГГц

Исследователи из Пекинского университета и их коллеги опубликовали в National Science Review работу о программируемой полнодуплексной метаповерхности. По данным авторов, устройство независимо управляет излучением и отражением через одну физическую апертуру, одновременно, на одной частоте и поляризации doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗. Изготовленный образец содержит 32 управляемых мета-атома, интегрированных с волноводом, встроенным в подложку (SIW), и работает на частоте 10,55 ГГц doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗.

Почему излучение и отражение были связаны

Метаповерхности с интеграцией излучения и отражения (R2I) объединяют функции антенны и отражателя в одной апертуре. Однако их отклики, как правило, остаются связанными: настройка поверхности на излучение ограничивает её поведение при отражении doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗. Это мешает независимой работе в одно и то же время, на одной частоте и поляризации.

Авторы используют разделение двух каналов в пространственном спектре. В их подходе, основанном на теории ортогонального пространственного спектра, субволновая дискретизация позволяет бинарной кодовой последовательности кодировать широкий набор пространственных частот. Возбуждение через SIW и из свободного пространства даёт разные спектральные сдвиги, поэтому две моды используют в основном разные области спектра кодирования. В результате волновыми фронтами излучения и отражения можно управлять через общий код doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗.

Аппаратная часть и прототипы

В режиме отражения переключение PIN-диодов между состояниями OFF и ON даёт разность фаз около 180°, что соответствует кодовым значениям 1 и -1. В режиме излучения состояние PIN-OFF передаёт энергию из SIW в свободное пространство и создаёт сильное излучение, а PIN-ON подавляет эту связь, и излучение слабое. Кодовые значения излучения — 1 и 0 соответственно doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗.

Используя эти зависящие от режима отклики, команда реализовала мультиплексированную кодовую последовательность, которая направила излучённый и отражённый лучи под разными углами. Измеренные диаграммы направленности в дальней зоне хорошо совпали с расчётами полноволнового моделирования doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗.

На этой платформе созданы два прототипа, оба на одной метаповерхности при одинаковых условиях работы doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗. Прототип совмещённого обнаружения и снижения заметности отслеживал движущуюся цель и уменьшал собственную электромагнитную сигнатуру. Прототип совмещённого зондирования и связи поддерживал беспроводную связь и одновременно оценивал направление прихода сигналов восходящего канала. Авторы сообщают о точном зондировании и надёжной связи в этих экспериментах doi.orgNational Science Reviewdoi.orgОткрыть источник ↗.