ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１１４．２０２２．０２．００６
引用格式：王禄炀，兰峰，宋天阳，等．多功能动态波束调控的太赫兹编码超表面［Ｊ］．无线电通信技术，２０２２，４８（２）：２４７－２５２．［ＷＡＮＧＬｕｙａｎｇ，ＬＡＮＦｅｎｇ，ＳＯＮＧＴｉａｎｙａｎｇ，ｅｔａｌ．ＴｅｒａｈｅｒｔｚＣｏｄｉｎｇＭｅｔａｓｕｒｆａｃｅｆｏｒＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙＤｙｎａｍｉｃＢｅａｍＭａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４８（２）：２４７－２５２．］ 多功能动态波束调控的太赫兹编码超表面
王禄炀１，兰㊀峰１，２∗，宋天阳１，何贵举１，潘一博１，张雅鑫１，２，陈㊀智３，杨梓强１，２
（１．电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都６１１７３１；
２．电子科技大学长三角研究院（湖州），浙江湖州３１３００１；
３．电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，四川成都６１１７３１）摘㊀要：太赫兹编码超表面对于在复杂信道环境中实现大容量高速通信具有巨大潜力，对发展６Ｇ无线通信技术
具有重要研究价值㊂针对目前太赫兹频段的动态超表面调控器件普遍存在的问题，基于高电子迁移率晶体管（ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＨＥＭＴ）电控调节编码单元与太赫兹波互作用引起的非对称谐振，在低开关比下实现了一种太赫兹１ｂｉｔ编码相移单元㊂进一步在编码超表面阵列上，利用分数化编码㊁卷积编码㊁分块编码和ＧＲＳ（Ｇｏｌａｙ⁃Ｒｕｄｉｎ⁃Ｓｈａｐｉｒｏ）编码分别实现了包括连续性波束扫描㊁多波束调控㊁ＲＣＳ缩减在内的多功能波束调控㊂通过数值计算和电磁仿真验证了所设计的太赫兹编码超表面，为发展下一代高速无线通信技术奠定了基础㊂ 关键词：太赫兹；编码超表面；动态波束重构；高电子迁移率晶体管
中图分类号：ＴＰ９２９．５㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：
文章编号：１００３－３１１４（２０２２）０２－０２４７－０６
ＴｅｒａｈｅｒｔｚＣｏｄｉｎｇＭｅｔａｓｕｒｆａｃｅｆｏｒＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ
ＤｙｎａｍｉｃＢｅａｍＭａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ
ＷＡＮＧＬｕｙａｎｇ１，ＬＡＮＦｅｎｇ１，２∗，ＳＯＮＧＴｉａｎｙａｎｇ１，ＨＥＧｕｉｊｕ１，ＰＡＮＹｉｂｏ１，
ＺＨＡＮＧＹａｘｉｎ１，２，ＣＨＥＮＺｈｉ３，ＹＡＮＧＺｉｑｉａｎｇ１，２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＹａｎｇｔｚｅＤｅｌｔａＲｅｇｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｈｕｚｈｏｕ），ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｈｕｚｈｏｕ３１３００１，Ｃｈｉｎａ；
３．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，
ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｒａｈｅｒｔｚｃｏｄｉｎｇｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｈａｓｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒａｃｈｉｅｖｉｎｇｌａｒｇｅ⁃ｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｏｍｐｌｅｘｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｓ，ａｎｄｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｖａｌｕｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ６Ｇｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｏｍｍｏｎｉｓｓｕｅｓｏｆｄｙｎａｍｉｃｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓｉｎｔｈｅｔｅｒａｈｅｒｔｚｂａｎｄ，ａｔｅｒａｈｅｒｔｚ１ｂｉｔｃｏｄｉｎｇｐｈａｓｅ⁃ｓｈｉｆｔｕｎｉｔｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｗｉｔｈａｌｏｗｓｗｉｔｃｈｉｎｇｒａｔｉｏ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＨＥＭＴ）ｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｃｏｄｉｎｇｕｎｉｔａｎｄｔｈｅｔｅｒａｈｅｒｔｚｗａｖｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒ，ｃｏｄｉｎｇｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅａｃｈｉｅｖｅｓｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｂｅａｍｍａｎ
ｉｐｕｌａｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍｓｃａｎｎｉｎｇ，ｍｕｌｔｉ⁃ｂｅａｍｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄＲＣＳｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｒａｃｔｉｏｎａｌ，ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ，ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ，ａｎｄＧＲＳ（Ｇｏｌａｙ⁃Ｒｕ⁃ｄｉｎ⁃Ｓｈａｐｉｒｏ）ｃｏｄｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｅｒａｈｅｒｔｚｃｏｄｉｎｇｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ｌａｙｉｎｇｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｎｅｘｔ⁃ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｒａｈｅｒｔｚ；ｃｏｄｉｎｇｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ；ｄｙｎａｍｉｃｂｅａｍｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
收稿日期：２０２２－０１－１７
基金项目：国家自然科学基金（Ｕ２０Ａ２０２１２，６１８７１４１９，６１９０１０９３，６１９２１００２，６１９３１００６，６１７７１３２７）；国家重点研发计划（２０２１ＹＦＡ１４０１００４，２０１８ＹＦＢ１８０１５０３）；四川省科技计划项目（２０２０ＪＤＲＣ００２８）；中国博士后科学基金资助项目（２０１７Ｍ６２３０００）
ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍ：ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｕ２０Ａ２０２１２，６１８７１４１９，６１９０１０９３，６１９２１００２，６１９３１００６，６１７７１３２７）；ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（２０２１ＹＦＡ１４０１００４，２０１８ＹＦＢ１８０１５０３）；ＳｉｃｈｕａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏｇｒａｍ（２０２０ＪＤＲＣ００２８）；ＣｈｉｎａＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＦｕｎｄｅｄＰｒｏｊｅｃｔ（２０１７Ｍ６２３０００）
０㊀引言
太赫兹通信与编码超表面技术被广泛认为是发
展６Ｇ无线通信的两项关键候选技术㊂一方面，太
赫兹通信具备大容量高速信息传输的能力［１－３］；另一方面，编码超表面有望以低成本和高度集成化的连接轴
形式实现对信道环境的重构［４－５］㊂因此，发展太赫兹编码超表面技术对于在复杂信道环境中实现大容量高速通信具有重要意义㊂在微波至毫米波段，通常采用二极管作为数字开关元件进行动态编
码调控［６－１０］，而在太赫兹频段二极管复杂的内部结构产生了严重的寄生耦合，因此国内外研究者转而探索了基于液晶材料㊁二氧化钒薄膜㊁石墨烯等动态控制元件对太赫兹波进行动态波束重构［１１－１５］㊂然而，目前的太赫兹超表面器件仍然面临着低寄生集成㊁相位分布精度㊁调控速率等关键性问题，同时一些半导体元件还受到工艺制备水平和成本的限制㊂为克服上述阻碍，通过采用ＨＥＭＴ作为动态控制元件，设计了基于非对称谐振调控的１ｂｉｔ相移编码单元㊂通过构建镜像子阵来实现阵列相位分布的准二维控制，结合多种阵列编码方案对太赫兹波进行多功能波束重构，进一步为发展太赫兹编码超表面在无线通信领域的实际应用奠定了研究基础㊂
１㊀相移单元和编码阵列设计
图１为本文提出的编码超表面相移单元和编码
阵列的原理图㊂如图１（ａ）所示，单元结构包括表面
球墨铸铁管qiumogg嵌入ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的复合金属图形㊁碳化硅介
质衬底㊁金属反射底板㊂表面金属图形由两条长度
不同的微带结构㊁一条横跨ＨＥＭＴ栅极的信号线㊁
两条与微带结构相连的地线构成㊂ＨＥＭＴ嵌于两条
微带结构之间的间隙处，形成与太赫兹波相互作用
的非对称偶极子谐振结构㊂由于ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质
结间的压电极化效应和自发极化效应，在异质结交
界面会形成二维电子气（Ｔｗｏ⁃ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎＧａｓ，２ＤＥＧ）沟道，通过外加偏置电压可控制２ＤＥＧ沟道的载流子浓度，从而调节单元结构对入射波的非对称谐振强度㊂通过在不同非对称谐振模式之间切换，使单元相位响应产生接近１８０ʎ的相移变化㊂在此基础上根据相控阵理论和编码超表面原理，在３６０ʎ相位周期内，１ｂｉｔ编码将具有１８０ʎ相差的两种单元状态，以二进制编码为０和１㊂通过将单元在二维平面上以周期尺寸ｐ排列构成如图１（ｂ）所示的１ｂｉｔ编码超表面㊂沿＋ｙ方向上，每个单元之间共享相同的偏置馈线构成一个集体控制的单列模块，栅极馈线引至阵列边缘连接外置载板通过
ＦＰＧＡ输入电压信号，地线则连接至阵列中央，通过横跨一条馈线使得每列控制模块共地㊂通过ｘ轴为对称轴在－ｙ方向设置镜像子阵，构建准二维控制的阵列㊂镜像子阵之间可实现相互独立的波束重构，相比传统一维列控的方式在提高了阵列对波束调控灵活性的同时，还不会产生多余馈线增强寄生干扰
地铁人员定位㊂
（ａ）
相移单元
（ｂ）编码阵列
图１㊀相移单元及编码阵列原理图
Ｆｉｇ．１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓｏｆｔｈｅｐｈａｓｅ⁃ｓｈｉｆｔｕｎｉｔａｎｄｃｏｄｉｎｇａｒｒａｙ
焊接卡盘
通过在三维电磁仿真软件ＣＳＴ中通过设置Ｆｌｏｕｔ端口模拟周期边界条件，计算了在０．３２ ０．３８ＴＨｚ频段内，太赫兹波以ｘ极化方向正入射下的单元幅相响应及谐振电场分布，通过仿真优化后的单元几何参数为：ｐ＝２００μｍ㊁ｈ＝２００
μｍ㊁
ａ＝２５μｍ㊁ｂ＝５５μｍ㊁ｗ＝５μｍ㊂德鲁德模型作为一种经典散模型可用于模拟ＨＥＭＴ中沟道载流子浓度的变化情况［１６－１８］，其表征的等效复介电常数为：
ε＝εɕ－
ωｐ
２
ω（ω－ｉνｃ）
，（１）
式中，ＧａＮ的无穷高频相对介电常数εɕ＝９．８㊂虚部中的碰撞频率νｃ与ＨＥＭＴ电子迁移率相关㊂ωｐ为等离子频率，与载流子浓度Ｎｓ的关系为：
ωｐ＝
Ｎｓｅ２
ε０ｍ∗ｄ，
（２）
涉及的参量包括电子电荷量ｅ㊁真空介电常数ε０㊁沟
道深度ｄ和ＧａＮ电子有效质量ｍ∗㊂如图２所示，模拟了耗散型ＨＥＭＴ的载流子浓度从６ˑ１０１２ｃｍ－２减小至０．７５ˑ１０１２ｃｍ－２过程中的单元幅相响应变化曲线㊂在起止两个浓度状态之间，０．３４５ ０．３６２ＴＨｚ频段的相移量超过了１６０ʎ，带宽达到１７ＧＨｚ㊂在０．３５ＴＨｚ频点附近，两个浓度状态之间的幅值均接近－７．５ｄＢ，且达到了１７８ʎ的最大相移量㊂因此，可将载流子浓度为６ˑ１０１２ｃｍ－２和０．７５ˑ１０１２
ｃｍ－２两个状
态的单元分别以二进制编码０和１表示㊂
（ａ）单元幅值
（ｂ）单元相位
图２㊀不同载流子浓度下的单元幅相响应Ｆｉｇ．２㊀Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ⁃ｐｈａｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅｕｎｉｔｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｒｉｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
两个编码状态之间的单元相移主要是依靠载流子浓度变化来调节非对称谐振强度实现的，通过模
珍珠胸花拟两种状态下的单元谐振电场分布，直观地解释了这种非对称谐振机制㊂如图３所示，长微带结构相比短微带结构聚集了更强的电场，从而形成非对称谐振㊂在编码０状态切换至编码１状态的过程中，增强了微带结构上的非对称谐振强度㊂不同于传统基于长短偶极谐振切换或是ＬＣ⁃
偶极谐振切换的方式，这种基于非对称谐振调节实现单元相移调控的方式克服了ＨＥＭＴ在太赫兹频段的容性寄生，
在低开关比下即可实现宽带的大范围相移调控㊂
（ａ）编码０单元
（ｂ）编码１单元
图３㊀编码相移单元的谐振电场
Ｆｉｇ．３㊀Ｒｅｓｏｎａｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｏｆｃｏｄｉｎｇｐｈａｓｅ⁃ｓｈｉｆｔｕｎｉｔ
２ 多功能编码波束调控
为基于编码超表面对太赫兹波进行多功能波束调控，通过采用分数化编码［１９］㊁卷积编码［２０］㊁分块编码和ＧＲＳ（Ｇｏｌａｙ⁃Ｒｕｄｉｎ⁃Ｓｈａｐｉｒｏ）编码［２１］四种编码方案，分别实现连续性波束扫描㊁多波束调控和ＲＣＳ缩减㊂所采用的编码方案计算出的编码矩阵对应着编码超表面阵列上的相位分布，呈现出了从信息域到物理域的数字化映射关系㊂为获得更丰富的编码资源，在图１（ｂ）所示的阵列结构基础上，阵列扩大
至由６４ˑ６４个单元构成，其中每１ˑ３２个单元构成
一个集体控制的单列模块，两个互为镜像的子阵各自含有６４列控制模块㊂通过对大规模阵列进行编码数值计算，实现了太赫兹波的多功能波束重构设计㊂
２．１㊀连续性波束扫描
为在编码超表面上实现波束的连续性扫描和精准的定向反射，在之前的工作当中提出了一种分数化编码方案［１９］㊂根据广义斯奈尔定律，假设阵列上的相位按ｄφ梯度分布，同相位周期由单元边长
为ｐ的Ｎ个单元排列而成，反射波束的角度为：
θ＝ａｒｃｓｉｎ（
ʃ２π＋ｄφＮ㊃ｐ㊃ｃ
２πｆ
），
（３）
当ｄφ＝１８０ʎ时对应１ｂｉｔ编码的情况，Ｎ＝１㊁Ｎ＝２和Ｎ＝３对应的周期编码序列分别为［ ０１０１ ］㊁［ ００１１ ］和［ ０００１１１ ］，同理可对Ｎ取任意正整数的情况进行编码㊂由于Ｎ只能取正整数，这直接影响了反射角θ变化的连续性和精确度㊂基于分数化编码方案，通过近似编码排列对Ｎ取任意非零自然数时的情况进行等效㊂由于Ｎ的取值和周期编码序列之间具有一一对应关系，下文为简化描述将用Ｎ来表示阵列的实际编码情况㊂
在频率为０．３５ＴＨｚ的平面波正入射下，图４为针对所述尺寸为ｐ＝２００μｍ的编码相移单元，计算了以步长ΔＮ＝０．０１从Ｎ＝３到Ｎ＝１２进行１ｂｉｔ编码后，在ʃ６０ʎ视场范围内的波
束方向图，分数化编码使反射波束有效填充了Ｎ取整数时留下的角度盲区，实现了在－４５ʎ －１０ʎ和１０ʎ ４５ʎ范围内的双波束连续扫描
㊂
图４㊀双波束连续性波束扫描
Ｆｉｇ．４㊀Ｄｕａｌ⁃ｂｅａｍｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍｓｃａｎｎｉｎｇ
２．２㊀多波束调控
以０．３５ＴＨｚ平面波正入射时，图５分别为编码超表面利用分块编码和卷积编码进行多波束调控的远场方向图㊂受益于特殊的准二维馈线排列方式，图５（ａ）将编码超表面划分为两个区域，以Ｎ＝６排布编码矩阵Ｃ１控制ʃ２１ʎ上反射的双波束，以Ｎ＝３２排布编码矩阵Ｃ２控制ʃ３ʎ上反射的另外一对双波
束，从而使整个阵列达到控制四波束反射的目的㊂
根据卷积编码理论，对于任意两个分别控制波束在θ１和θ２方向反射的编码矩阵Ｃ１和Ｃ２，作卷积操作后将获得一组新的编码矩阵Ｃｃｏｎ，控制波束在θ＝
ｓｉｎ－１（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２）方向上反射㊂由此可见，通过两组编码波束的卷积操作，可将其中一组编码矩阵的波束在另一个波束方向上合成，因此本文考虑对两组双波束采用卷积编码实现四
波束调控㊂如图５（ｂ）所示，将Ｎ＝６排布的编码矩阵Ｃ１和Ｎ＝３２排布的编码矩阵Ｃ２进行卷积操作后，新的编码矩阵Ｃｃｏｎ可由Ｃ１和Ｃ２在３６０ʎ相位周期内进行二进制加法运算后获得，并在－２１ʎʃ３ʎ和２１ʎʃ３ʎ方向上实现四波束重构
㊂
（ａ）基于分块编码
（ｂ）基于卷积编码
图５㊀多波束调控的远场方向图
Ｆｉｇ．５㊀Ｆａｒ⁃ｆｉｅｌｄｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｍｕｌｔｉ⁃ｂｅａｍｓｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ
２．３㊀ＲＣＳ缩减
要实现编码超表面的ＲＣＳ缩减，需要排列编码矩阵将入射波向各个方向尽可能均匀地进行散射㊂利用ＧＲＳ多项式是一种具有固定编码排列的次优化算法㊂ＧＲＳ多项式由具有纠缠递推关系的Ｐ型和Ｑ型两种类型组成，多项式系数构成了含有两种元素｛－１，１｝的ＧＲＳ序列，对应着两个状态的１ｂｉｔ编码单元㊂序列长度Ｌ需满足２的指数倍关系，以保证ＧＲＳ序列能够严格关联到多项式，从而展现出有利于增强散射的光谱平坦性㊂ＧＲＳ序列｛Ｃｎ｝可通过固定的递推算法获得，令Ｓ０＝１，Ｓ２ｎ＝Ｓｎ，Ｓ２ｎ＋１＝（－１）ｎ，其中ｎ＝０，１， ，Ｌ－１㊂对于Ｐ型序列，满足Ｃｎ＝Ｓｎ；对于Ｑ型序列，当ｎ＝０，１， ，Ｌ／２－１时满足Ｃｎ＝Ｓｎ，当ｎ＝Ｌ／２，Ｌ／２＋１， ，Ｌ－１时满足Ｃｎ＝－Ｓｎ㊂
随着序列长度Ｌ的指数倍增加，ＧＲＳ编码会体现出更完美的光谱平坦性，从而增强散射能力㊂因此根据序列长度Ｌ＝６４的两种ＧＲＳ编码，图６
为增
强散射后的远场方向图㊂由于Ｐ型和Ｑ型两种编码具有纠缠递推关系，因此在相同的序列长度下都展现出了相当的增强散射能力，在ʃ６０ʎ范围内的反射效率均低于
２０％㊂
（ａ）Ｐ型ＧＲＳ编码
（ｂ）Ｑ型ＧＲＳ编码
图６㊀基于ＧＲＳ编码的散射方向图Ｆｉｇ．６㊀ＳｃａｔｔｅｒｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓｂａｓｅｄｏｎＧＲＳｃｏｄｉｎｇ
３ 结束语
本文设计了一种基于ＨＥＭＴ动态调控的编码单元，通过调节ＨＥＭＴ沟道中载流子浓度，调节单元结构非对称谐振的强度，在低开关比下实现了带宽高达１７ＧＨｚ的大相移调控，并在０．３５ＴＨｚ附近达到最佳工作频点，最大相移达到了１７８ʎ㊂在此基础上构建的１ｂｉｔ编码超表面阵列利用分数化编码，在ʃ１０ʎ ʃ４５ʎ范围内实现了双波束连续性扫描㊂此外，还同时利用分块编码和卷积编码实现了四波束调控，以及基于ＧＲＳ编码增强散射实现了ＲＣＳ缩减㊂所设计的１ｂｉｔ编码超表面提供了一种点对点和多通道复用的通信技术方案，此外还有望应用于超分辨雷达成像或是被动目标检测领域，并构建基于编码超表面辅助的通感一体化方案㊂
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ｄｂｃｏｄｅ＝ＣＡＰＪ＆ｄｂｎａｍｅ
＝
ＣＡＰＪＬＡＳＴ＆ｆｉｌｅｎａｍｅ
＝ＴＸＸＢ２０２２０１１０００２＆ｕｎｉｐｌａｔｆｏｒｍ＝
ＮＺＫＰＴ＆ｖ
＝
ｐｌｃ０ＳＸ０ＺＨｑ３ＨＫ４ＶＪＸＡ⁃６ＦＣＵ⁃８ｆｅ４ｖＯＬｐＫｂｂ９ｏＨＢ７Ｙ０ｕ
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ｄｅｔａｉｌ．ａｓｐｘ？ｄｂｃｏｄｅ＝ＣＡＰＪ＆ｄｂｎａｍｅ
＝ＣＡＰＪＬＡＳＴ＆ｆｉｌｅｎａｍｅ＝ＴＸＸＢ２０２２０１１００００＆ｕｎｉｐｌａｔｆｏｒｍ＝ＮＺＫＰＴ＆ｖ＝ｐｌｃ０ＳＸ０ＺＨｑ２９４ｅｉｙｘＭ⁃ｖＨ＿Ｅ５ＨＬｌｉｙｍＫｍＡｈＯＩＩ９ｒＣ＿０ｙＡｙＳｚｏｅＶ２ｘＱＵｂ０２ｑ５Ｐ９ｌｎａ．
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ｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈＳｅｌｆ⁃ＤｅｆｉｎｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎｓｉｎＤｕａｌＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０２０，９（１０）：３２７１－３２７８．
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ＤｉｇｉｔａｌＭｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＭｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｌｉｇｈｔ：Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１４，３（１０）：ｅ２１８．
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ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，２０１３，１５（４）：０４３０４９．集装箱内衬袋
［９］㊀ＷＡＮＸ，ＱＩＭＱ，ＣＨＥＮＴＹ，ｅｔａｌ．Ｆｉｅｌｄ⁃Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
ＢｅａｍＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＤｉｇｉｔａｌｌｙ⁃ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＣｏｄｉｎｇＭｅｔａｓｕｒｆａｃｅ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｐｏｒｔｓ，２０１６，６（１）：２０６６３．［１０］ＴＡＮＧＷ，ＣＨＥＮＭＺ，ＣＨＥＮＸ，ｅｔａｌ．ＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉ⁃
ｃａｔｉｏｎｓｗｉｔｈＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｕｒｆａｃｅ：ＰａｔｈＬｏｓｓＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＩＥＥＥ
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ｄｉｕｍ
Ｄｉｏｘｉｄｅ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｃｏｄｉｎｇ
Ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ
ｆｏｒ
ＷａｖｅｆｒｏｎｔａｎｄＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｅｒａｈｅｒｔｚＢｅａｍｓ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＴｈｅｏｒｙａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，２０２０，３（１）：１９００１８３．
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