[发明专利]一种基于时空编码的任意比特可编程超材料设计方法

摘要

本发明公开了一种基于时空编码的任意比特可编程超材料设计方法，具体步骤为：步骤一、设计低比特的编码单元，在空间周期排列形成一款二维可编程超材料，其中每个单元结构集成了一个或多个有源器件，在数字控制模块的控制下，单元可以呈现不同的电磁响应；步骤二、赋予每个单元一组独立的时间编码序列并周期循环，产生一个等效的激励幅度和相位，实现任意高比特响应；步骤三、设计相应的时空三维编码矩阵，计算超材料在不同谐波频率处的空间散射能量，以满足具体的应用需求。本发明解决了传统可编程超材料实现高比特设计的困难，简化了控制电路和馈电网络，节约了有源器件。

主权项

1.一种基于时空编码的任意比特可编程超材料设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)设计低比特的编码单元，在空间周期排列形成一款二维现场可编程超材料；2)利用数字控制模块给每个可编程单元的电磁参数进行时间维调制，提供一组独立的时间编码序列；3)设计相应的时空三维编码矩阵，并利用傅里叶变换和阵列天线理论计算超材料在不同谐波频率处的空间散射能量，以满足具体的应用需求；假设时间编码序列循环频率f0＝1/T0远小于入射电磁波频率exp(j2πfct)，根据阵列天线理论，编码超材料的远场散射方向图可表示为：式中为第(p,q)个编码单元在中心频率f_c处的远场方向图，θ和为天线坐标下的俯仰角和方位角；d_x和d_y分别是单元沿x和y方向的周期；Γ_pq(t)是引入时间调制后的单元反射系数，是时间的周期函数，在周期内可以被看作多个脉冲平移函数的线性叠加：其中为一个周期为T₀的脉冲函数，在每个时间周期内可表示为：式中τ＝T₀/L是脉冲函数的宽度，L是时间编码序列的长度，是第(p,q)个编码单元在时间间隔(n‑1)τ≤t≤nτ内的反射系数，和分别表示反射系数的幅度和相位；基于傅里叶变换理论，周期脉冲函数在频域的傅里叶级数展开为：式中傅里叶级数系数表示为：所以周期函数Γpq(t)的傅里叶级数系数为表示为：最终时空编码超材料在任意谐波频点fc+mf0的远场散射方向图可表示为：。