宽角共形主动超表面用于动态波束转向和轨道角动量生成

《Laser & Photonics Reviews》：Wide-Angle Conformal Active Metasurface for Dynamic Beam Steering and Orbital Angular Momentum Generation

双功能可调谐曲面前沿超表面实现电磁波束偏转和轨道角动量波束生成，在9.3-10.5GHz频段有效降低雷达反射截面并增强预设反射方向，同时提高无线通信频谱效率，为智能超表面应用奠定基础

　　

摘要

超表面长期以来一直受到研究人员的关注，并由于其在操控电磁（EM）波方面的卓越能力而开发出了众多引人注目的应用。新兴的可编程超表面提供了一个实时可重构的平台，可以动态实现定制功能。然而，传统的被动超表面在制造完成后缺乏动态调节能力，而现有的基于超表面的隐身设计主要依赖于平面超表面，这严重限制了它们在曲面平台上的应用。在这项工作中，提出了一种创新的策略，通过将3D打印的曲面基底与电压可编程的2位相位编码技术相结合，实现了共形主动超表面（CAM）。该设计能够在雷达截面积（RCS）增强和涡旋波生成方面实现双重功能的可调电磁波特性：在雷达截面积增强方面，用于自适应波束转向；在涡旋波生成方面，用于产生具有轨道角动量（OAM）的波，适用于9.3至10.5 GHz的通信频段。仿真和实验结果表明，CAM能够在波束转向模式下将入射波偏转0°至50°的角度范围内，并以优于±2°的指向精度实现预设的反射方向。在入射方向上，雷达截面积减少了10 dB以上；而在预设的反射方向上，雷达截面积提高了多达8.9 dB，从而有效实现了宽角度雷达隐身效果，既可用于迷惑敌人，也可用于伪装。在轨道角动量模式下，CAM能够生成具有150 mm轨道角动量的涡旋波，有效提升了无线通信系统的频谱效率。这一有前景的设计为开发具有更高适用性和灵活性的智能超表面奠定了基础，为通信、隐身技术以及其他多功能智能超设备应用带来了巨大潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。