超表面赋能超外差发射器实现任意阶调制与空间各向同性符号分布
系统与控制
2025-08-05 v4 系统与控制
摘要
电磁可编程信息超表面作为一种可动态控制的二维超材料，在作为低剖面硬件实现背散射系统的被动波控和信号生成方面具有巨大前景。然而，当前基于超表面的发射机架构本质上存在硬件非模块化问题，迫使所有发射机功能集中于基于非线性开关的单元中，通过相位耦合引入符号映射不一致。此外，时间编码（受限于单元二极管）和空时编码（受符号各向异性影响）均表现出不可约的谐波干扰以及幅度、相位和波束方向的纠缠控制。本文提出了一种超表面赋能超外差架构(MSA)，包括一个执行基带到中频(IF)转换、滤波和数模转换(DAC)的数字上变频(DUC)模块，以及一个可重构超表面，其可编程单元独立控制反射系数的幅度和相位。系统性地，该架构利用了超外差系统的典型双级上变频过程，但独特地将超表面用于最终的RF转换阶段。在此框架基础上，展示了一个原理验证原型，包括一个5.8 GHz幅度-相位解耦(MPD)超表面（每状态相位偏差<15度）和一个基于DAC的DUC模块。广泛的验证确认了超表面在与任意IF信号进行无失真混合的同时保持一致辐射方向图的能力。该原型成功实现了多种QAM调制方案（4QAM至256QAM），在单站和双站配置中展示了空间分离接收器的符号各向同性，并实现了约20 Mbps的数据速率（在5 MHz IF下）……
引用
@article{arxiv.2411.01863,
title = {Metasurface-Enabled Superheterodyne Transmitter for Arbitrary-Order Modulation with Spatially Isotropic Symbol Distribution},
author = {Xuehui Dong and Miyu Feng and Chen Shao and Bokai Lai and Jianan Zhang and Rujing Xiong and Tiebin Mi and Robert Caiming Qiu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.01863},
year = {2025}
}