迈向具有波形选择性超表面的新天线范例
当您点击手机屏幕查看互联网上的内容时，您使用了无线通信技术。随着 5G 网络的出现，这项技术让我们的生活变得超乎我们的想象。随着我们向 6G 通信迈进，使用物联网 (IoT) 设备来监控和执行任务变得不可避免。因此，对此类设备提供的服务的需求不断增长。
然而，物联网设备可访问的频率资源仍然有限。因此，许多研究都集中在使用各种调制方案来适应更多数据而不会造成干扰。然而，他们却忽略了无线通信的一个重要方面：传统天线以相同的方式响应相同频率的信号。但是，如果要根据信号波形的其他方面(例如脉冲宽度)来调制固定频率的天线性能，则会增加一个全新的自由度，可以用来有效地传输数据。
幸运的是，这正是名古屋工业大学 (NITech) 的 Hiroki Wakatsuchi 博士领导的研究团队所取得的成就。在他们发表在Nature Communications上的论文中2023 年 2 月 6 日，研究人员提出了一个新系统，该系统使用“超表面”在天线中创建基于波形的选择性。“经典天线无法在固定频率下改变其性能，例如其辐射方向图。在我们的研究中，我们引入了一个新的自由度来改变天线性能和控制电磁波/信号，即使是在相同的频率下，通过使用“超表面”，人工设计的电磁结构可以根据接收到的信号产生电磁特性。特别是，我们的超表面显示出独特的行为，可以根据脉冲宽度选择性地传输输入信号，这适用于天线设计，”Wakatsuchi 博士解释道。该研究涉及 NITech 的 Ashif Amunulloh Fathnan 博士的贡献，
简而言之，超表面是人工生成的表面，可以根据其特性增强电磁波。因此，研究人员使用非线性超表面来改变天线对相同频率但具有不同波形的波的响应特性。
通过进行实验和数值模拟，研究人员证明他们的天线设计完全能够选择性地接收/传输表面波和自由空间波。他们还为他们的设计提出了几种应用，包括主波束的转向、同时入射下的信号接收以及无需频率变化或外部电源即可构建相互通信系统。
“随着我们的技术向 6G 和 7G 网络发展，网络空间和物理空间的联系越来越紧密。使用多个物联网设备，我们将能够为每个物理空间创建一个数字双胞胎。这种网络物理空间的概念将需要在物理空间中部署大量物联网传感器来收集信息，而这些设备之间不会发生严重的电磁干扰，以确保实时更新，”Wakatsuchi 博士评论道。“我们的研究通过提供一种方法来协调无线通信，同时增加相同频率的通信设备数量，从而为未来做出贡献。”
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