[发明专利]一种基于数字可编程透射式超表面的电磁波时空频域调制方法

说明书

本发明公开了一种基于数字可编程透射式超表面的电磁波时空频域调制方法，本发明基于惠更斯‑菲涅耳原理，建立了对基于数字编码超表面的单色波和非单色波的时空频域调制的系统理论，并结合了数字编码超表面的动态口面编码来说明时空频域响应，并验证了所设计的透射式超表面的有效性来验证理论合理性，为数字编码超表面在无线通信、智能感知和雷达系统的应用前景打下基础。

技术领域

本发明涉及基于数字可编程透射式超表面的信号调制技术领域，特别是涉及一种基于数字可编程透射式超表面的电磁波时空频域调制方法。

背景技术

数字可编程超表面可通过动态重构孔径的单元结构来实现电磁波在时域、空域和频域上的调制，以建立超表面和电子信息连接的桥梁。

目前对于数字可编程超表面的研究都是在空频域或空时域进行的，在空频域分析中，超表面的每个动态单元通过傅里叶变换都被视作频域中的有效单元，但是这个过程中会丢失瞬时信息。在时空分析中，因此对超表面口面进行瞬时分析，因此瞬时信息得以保留。这些工作已经基于超表面的空频调制和时空调制阐述了对电磁波的空时频域调制，但是对基于超表面的电磁波的时空频域调制仍然缺乏系统有效的分析，尤其是对雷达或通信系统的大多数应用中普遍存在的非单色电磁波的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数字可编程透射式超表面的电磁波时空频域调制方法，用于实现单色波和非单色波的空时频域调制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于数字可编程透射式超表面的电磁波时空频域调制方法，包括如下步骤：

步骤S1、设计所述数字可编程透射式超表面的初始口面编码，生成期望方向的远区场，然后在所述初始口面编码基础上增加远场相位调制项，得到第一口面编码，再通过对所述第一口面编码进行一定的速率动态切换，用以动态改变远区场相位，实现远区场范围内的相位调制；

步骤S2、设计所述数字可编程透射式超表面的第二口面编码，通过对该第二口面编码进行一定的速率切换，用以动态改变远区场指向，使超表面的远区场能够随着时间变化改变空间指向，实现时空调制；

步骤S3、结合所述第一口面编码和所述第二口面编码，使得所述数字可编程透射式超表面的远区场随着时间改变空间指向和相位。

进一步的，所述期望方向的远区场的表达式为：

公式中，M，N是超表面x方向和y方向的单元个数，U_t,mn为瞬时孔径场，θ和分别为远区场的方位角和俯仰角，A_t表示增益，P表示单元周期长度，φ(t)表示信号相位，R_o表示点源和超表面的垂直距离，其中，x，y和z表示远区场的坐标。

进一步的，所述设计所述数字可编程透射式超表面的初始口面编码具体通过：

对所述期望方向的远区场进行傅里叶逆变换后得到。

进一步的，所述第一口面编码具体通过对U(u,v；t)exp^jφ进行傅里叶逆变换后得到，其中，U(u,v；t)表示为期望方向的远区场，φ表示为远场相位调制项。

进一步的，在所述步骤S2中，针对不同期望方向的远区场U(u,v；t)设计对应的瞬时孔径场U_t,mn，以此获得对应的第二口面编码。

进一步的，所述步骤S3具体包括：