迈向具有波形选择性超表面的新天线范式

当您点击手机屏幕查看互联网上的内容时，您利用了无线通信技术。随着5G网络的出现，这项技术使我们的生活比我们想象的更轻松。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正变得不可避免。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，有很多研究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)调制固定频率的天线性能，它将增加一个全新的自由度，可用于有效地传输数据。

幸运的是，这正是由日本名古屋工业大学(NITech)的Hiroki Wakatsuchi博士领导的一组研究人员所取得的成就。在他们发表在Nature Communications上的论文中，研究人员提出了一种新系统，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，例如辐射方向图。在我们的研究中，我们引入了一种新的自由度，通过使用“超表面”来改变天线性能并控制电磁波/信号，这是一种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，我们的超表面表现出独特的行为，根据其脉冲宽度选择性地传输输入信号，这适用于天线设计，“Wakatsuchi博士解释说。该研究涉及NITech的Ashif Amunulloh Fathnan博士，英国诺丁汉大学的Christos Christopoulos博士和意大利罗马TRE大学的Filiberto Bilotti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波形不同的波的响应特性。

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/传输表面和自由空间波。他们还提出了几种设计应用，包括主光束的转向，同时入射下接收信号，以及构建不需要频率变化或外部电源的相互通信系统。

“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孪生。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，而不会在这些设备之间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协调无线通信的方法，同时增加相同频率的通信设备数量，为这一未来做出了贡献。