Space-time-coding digital metasurfaces.
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复制标题
时空编码数字超表面
DOI：
10.1038/s41467-018-06802-0
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发表时间：
2018-10-18
影响因子：
16.6
通讯作者：
Cui TJ
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang L;Chen XQ;Liu S;Zhang Q;Zhao J;Dai JY;Bai GD;Wan X;Cheng Q;Castaldi G;Galdi V;Cui TJ
最近提出的数字编码元表面使得有可能在真实的时间内控制电磁（EM）波，并且允许以可编程的方式实现许多不同的功能。然而，目前的配置只是空间编码，并没有利用时间维度。在这里，我们提出了一种时空调制数字编码元表面的一般理论，以获得在空间和频域两者中的EM波的同时操纵，即，以同时控制传播方向和谐波功率分布。作为原理证明的应用实例，我们考虑谐波波束转向、波束成形和散射签名控制。为了验证，我们实现了一个由现场可编程门阵列控制的原型，通过优化的空时编码序列实现谐波波束转向。数值和实验结果表明，该方法具有良好的性能，在无线通信、认知雷达、自适应波束形成、全息成像等领域具有潜在的应用价值。
The recently proposed digital coding metasurfaces make it possible to control electromagnetic (EM) waves in real time, and allow the implementation of many different functionalities in a programmable way. However, current configurations are only space-encoded, and do not exploit the temporal dimension. Here, we propose a general theory of space-time modulated digital coding metasurfaces to obtain simultaneous manipulations of EM waves in both space and frequency domains, i.e., to control the propagation direction and harmonic power distribution simultaneously. As proof-of-principle application examples, we consider harmonic beam steering, beam shaping, and scattering-signature control. For validation, we realize a prototype controlled by a field-programmable gate array, which implements the harmonic beam steering via an optimized space-time coding sequence. Numerical and experimental results, in good agreement, demonstrate good performance of the proposed approach, with potential applications to diverse fields such as wireless communications, cognitive radars, adaptive beamforming, holographic imaging.
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