الکترومغناطیس کاربردی

الکترومغناطیس کاربردی

تنظیم فاز پرتو منعکس شده از سطوح تنظیم‌پذیر هوشمند به کمک فراسطوح کدگذاری شده مکان-زمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری ، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 دانشیار ، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
با گسترش کدگذاری فراسطوح دیجیتالی از حوزه مکانی به حوزه زمانی، امکان کنترل توزیع مکانی طیف فرکانسی امواج الکترومغناطیسی بازتابی از طریق تنظیم توالی‌های کدگذاری وابسته به زمان فراهم شده است. در این رویکرد، پارامترهای تشکیل‌دهنده فراسطوح دیجیتالی، نظیر فاز بازتاب، به‌صورت هم‌زمان در حوزه‌های فضا و زمان کدگذاری می‌شوند که این امر کنترل امواج الکترومغناطیسی را به‌طور هم‌زمان در حوزه‌های فضایی و فرکانسی امکان‌پذیر می‌سازد. در این مقاله، یک روش متغیر با زمان مبتنی بر فراسطح دیجیتالی ۲ بیتی کدگذاری‌شده در حوزه زمان، به‌منظور دستیابی به مدولاسیون‌های فاز چند بیتی و حتی شبه‌پیوسته در فرکانس مرکزی ارائه شده است. بدین منظور، با معرفی روش سنتز برداری، نتایج حاصل از تحلیل و شبیه‌سازی نشان می‌دهد که با استفاده از یک سلول فیزیکی دوبیتی، می‌توان 16 حالت فازی معادل با پوشش کامل 360 درجه ایجاد کرد. برای دنباله‌های کدگذاری زمانی پیشنهادی، دامنه هارمونیک اصلی در تمامی حالات بیشتر از 7/0 بوده و دامنه سایر هارمونیک‌ها کمتر از 3/0 به‌دست آمده است. همچنین، میانگین خطای فاز دنباله‌های پیشنهادی 3/6 درجه و مقدار میانگین اعوجاج هارمونیکی کلی (THD) برابر با 285/0 محاسبه شده است. روش پیشنهادی، یک تکنیک ساده و کارآمد برای طراحی فراسطوح قابل‌برنامه‌ریزی چند بیتی دلخواه، بدون نیاز به ساختارهای پیچیده و سامانه‌های کنترلی پیشرفته ارائه می‌دهد. این ویژگی، پتانسیل کاربردی قابل‌توجهی را برای آنتن‌های با کارآیی بالا، سامانه‌های تصویربرداری با وضوح زیاد، ارتباطات بی‌سیم با ظرفیت بالا و سامانه‌های راداری پیشرفته فراهم می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Phase Tuning of Reflected Beam from Reconfigurable Intelligent Surfaces Using Space-Time-Coding Digital Metasurfaces

نویسندگان English

Afagh Azari 1
Masoud Movahhedi 2
1 PhD Student, Faculty of Electrical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Electrical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

By extending the coding of digital metasurfaces from the spatial domain to the temporal domain, it has become possible to control the spatial distribution of the frequency spectrum of reflected electromagnetic waves through the adjustment of time-dependent coding sequences. In this approach, the constituent parameters of digital metasurfaces, such as the reflection phase, are simultaneously encoded in both the spatial and temporal domains, enabling the simultaneous manipulation of electromagnetic waves in the spatial and frequency domains.

In this paper, a time-varying method based on a 2-bit digital metasurface with temporal coding is proposed to achieve multibit and even quasi-continuous phase modulation at the central frequency. To this end, a vector synthesis method is introduced, and the analytical and simulation results demonstrate that 16 distinct phase states, equivalent to full 360° phase coverage, can be generated using a single physical 2-bit cell. For the proposed temporal coding sequences, the amplitude of the fundamental harmonic exceeds 0.7 in all cases, while the amplitudes of the other harmonics remain below 0.3. Furthermore, the average phase error of the proposed sequences is calculated to be 6.3°, and the average total harmonic distortion (THD) is 0.285.

The proposed method provides a simple and efficient technique for designing programmable digital metasurfaces with arbitrary multibit phase resolution, without requiring complex structures or sophisticated control systems. These features offer considerable potential for applications in high-performance antennas, high-resolution imaging systems, high-capacity wireless communications, and advanced radar systems.

کلیدواژه‌ها English

Programmable metasurfaces
time-coding metasurfaces
phase control
quasi-continuous phase
reflective antenna

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 09 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 31 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 20 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 31 مرداد 1405