基于高阶幅相调制可编程超表面的空间矢量信号发生器研究

这篇研究提出了一种基于高阶幅相调制超表面（AM/PM）的空间矢量信号发生器（SVSG），通过精确控制超表面单元的幅相响应，实现了高效射频（RF）信号调制。该技术突破了传统谐波调制的局限，支持基带信号生成和复杂频谱操控，在无线通信（如512-QAM）、雷达检测（FMCW）和高分辨率成像等领域展现出显著潜力，为智能超表面在复杂场景中的应用提供了新思路。

　　

1 引言

射频（RF）直接调制技术在无线通信、雷达检测等领域具有广泛应用，但传统方法（如AM/FM）面临高带宽需求和抗噪性差的局限。数字调制技术（如QAM、OFDM）虽成为主流，但RF直接调制在电子对抗、高精度场景中仍具优势。近年来，超表面因其灵活性和低成本成为RF调制的新兴方案，但现有技术多局限于谐波调制，难以实现基带信号生成。本研究提出高阶幅相调制超表面，通过联合调控反射波幅相，构建空间矢量信号发生器（SVSG），为复杂信号生成提供新路径。

2 结果与讨论

2.1 空间矢量信号生成理论

超表面反射系数Γ(t)=A(t)e^jφ(t)决定反射波特性。通过时域编码，可将基带IQ信号映射为幅相控制：I(t)=A(t)cosφ(t)，Q(t)=A(t)sinφ(t)。结合逆傅里叶变换（IFFT），实现频谱定制与时域波形合成的统一。

2.2 高阶幅相调制超表面设计

单元结构集成PIN二极管（调控幅度）和变容二极管（调控相位），通过双谐振电路实现360°全相位覆盖（2.2-2.3 GHz）和>9 dB幅度调控。实验显示，耦合效应导致幅相曲线呈偏心圆分布，但通过校准仍可支持高阶调制（如64QAM星座图生成）。

2.3 多域空间矢量信号生成

实验验证了SVSG的三大应用：

1. 通信调制：成功生成256QAM/512QAM信号，实测星座图符号定位准确；

2. 雷达波形：产生FMCW信号，时域相位连续变化，信噪比达18 dB；

3. 频谱定制：通过时域IQ波形合成单/双边带频谱，实测与仿真趋势一致（高阶谐波衰减因器件非线性）。

3 结论

该研究提出的SVSG兼具高阶幅相调控能力与低复杂度特性，为无线通信、雷达检测等领域的空间矢量信号生成提供了创新解决方案。未来可通过优化单元精度进一步拓展应用场景。

（注：全文严格依据原文缩略语和符号规范，如SVSG、QAM、FMCW等术语均保留英文缩写及上下标格式。）