[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字可編程透射式超表面的電磁波時(shí)空頻域調(diào)制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111226010.3
• 申請(qǐng)日: 2021-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113922097A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)向;黃梓艾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q15/00
• 分類號(hào): H01Q15/00;H01Q3/34;H01Q3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)字可編程透射式超表面的電磁波時(shí)空頻域調(diào)制方法，本發(fā)明基于惠更斯?菲涅耳原理，建立了對(duì)基于數(shù)字編碼超表面的單色波和非單色波的時(shí)空頻域調(diào)制的系統(tǒng)理論，并結(jié)合了數(shù)字編碼超表面的動(dòng)態(tài)口面編碼來(lái)說(shuō)明時(shí)空頻域響應(yīng)，并驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的透射式超表面的有效性來(lái)驗(yàn)證理論合理性，為數(shù)字編碼超表面在無(wú)線通信、智能感知和雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用前景打下基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于數(shù)字可編程透射式超表面的信號(hào)調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于數(shù)字可編程透射式超表面的電磁波時(shí)空頻域調(diào)制方法。

背景技術(shù)

數(shù)字可編程超表面可通過(guò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)孔徑的單元結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁波在時(shí)域、空域和頻域上的調(diào)制，以建立超表面和電子信息連接的橋梁。

目前對(duì)于數(shù)字可編程超表面的研究都是在空頻域或空時(shí)域進(jìn)行的，在空頻域分析中，超表面的每個(gè)動(dòng)態(tài)單元通過(guò)傅里葉變換都被視作頻域中的有效單元，但是這個(gè)過(guò)程中會(huì)丟失瞬時(shí)信息。在時(shí)空分析中，因此對(duì)超表面口面進(jìn)行瞬時(shí)分析，因此瞬時(shí)信息得以保留。這些工作已經(jīng)基于超表面的空頻調(diào)制和時(shí)空調(diào)制闡述了對(duì)電磁波的空時(shí)頻域調(diào)制，但是對(duì)基于超表面的電磁波的時(shí)空頻域調(diào)制仍然缺乏系統(tǒng)有效的分析，尤其是對(duì)雷達(dá)或通信系統(tǒng)的大多數(shù)應(yīng)用中普遍存在的非單色電磁波的情況。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)字可編程透射式超表面的電磁波時(shí)空頻域調(diào)制方法，用于實(shí)現(xiàn)單色波和非單色波的空時(shí)頻域調(diào)制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于數(shù)字可編程透射式超表面的電磁波時(shí)空頻域調(diào)制方法，包括如下步驟：

步驟S1、設(shè)計(jì)所述數(shù)字可編程透射式超表面的初始口面編碼，生成期望方向的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，然后在所述初始口面編碼基礎(chǔ)上增加遠(yuǎn)場(chǎng)相位調(diào)制項(xiàng)，得到第一口面編碼，再通過(guò)對(duì)所述第一口面編碼進(jìn)行一定的速率動(dòng)態(tài)切換，用以動(dòng)態(tài)改變遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)相位，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)范圍內(nèi)的相位調(diào)制；

步驟S2、設(shè)計(jì)所述數(shù)字可編程透射式超表面的第二口面編碼，通過(guò)對(duì)該第二口面編碼進(jìn)行一定的速率切換，用以動(dòng)態(tài)改變遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)指向，使超表面的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)能夠隨著時(shí)間變化改變空間指向，實(shí)現(xiàn)時(shí)空調(diào)制；

步驟S3、結(jié)合所述第一口面編碼和所述第二口面編碼，使得所述數(shù)字可編程透射式超表面的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)隨著時(shí)間改變空間指向和相位。

進(jìn)一步的，所述期望方向的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的表達(dá)式為：

公式中，M，N是超表面x方向和y方向的單元個(gè)數(shù)，U_t,mn為瞬時(shí)孔徑場(chǎng)，θ和分別為遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的方位角和俯仰角，A_t表示增益，P表示單元周期長(zhǎng)度，φ(t)表示信號(hào)相位，R_o表示點(diǎn)源和超表面的垂直距離，其中，x，y和z表示遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述設(shè)計(jì)所述數(shù)字可編程透射式超表面的初始口面編碼具體通過(guò)：

對(duì)所述期望方向的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)進(jìn)行傅里葉逆變換后得到。

進(jìn)一步的，所述第一口面編碼具體通過(guò)對(duì)U(u,v；t)exp^jφ進(jìn)行傅里葉逆變換后得到，其中，U(u,v；t)表示為期望方向的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，φ表示為遠(yuǎn)場(chǎng)相位調(diào)制項(xiàng)。

進(jìn)一步的，在所述步驟S2中，針對(duì)不同期望方向的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)U(u,v；t)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)孔徑場(chǎng)U_t,mn，以此獲得對(duì)應(yīng)的第二口面編碼。

進(jìn)一步的，所述步驟S3具體包括：