[发明专利]实现多种调制方案无线通信的时域编码超表面

权利要求书

1.实现多种调制方案无线通信的时域编码超表面，其特征在于，包括：n个基本单元，n个基本单元周期排列，整体电磁特性通过由控制电路生成的控制信号实时改变；

当时域编码超表面经电磁波照射时，设计不同的控制信号使电磁波相位在一定范围内连续线性变化，进而将电磁波能量高效率地、任意比例地转换至某一特定频率，从而实现对该频率电磁波的幅度调控；同时通过不同的信号时延对电磁波某一特定频率的相位进行任意操控，从而实现对该频率电磁波的相位调控；反射系数具有线性变化的相位波形，在一个消息符号周期T内，相位由0线性变化为Φ，即Γ_m(t)＝A·e^j(Φt/T)，0≤t≤T；当入射电磁波为单音频率f_c时，经超表面反射后的电磁波会在f＝f_c+1/T处产生一个新的频率分量，其幅度与相位均受Φ控制，该频率处幅度将在Φ＝2π时达到最大值；结合幅度调控与相位调控方式，即不同的相位变化范围与时延组成控制信号，便可实现对某一特定频率电磁波的幅相独立调控。

2.如权利要求1所述的实现多种调制方案无线通信的时域编码超表面，其特征在于，基本单元为三层结构，第一层为基本单元上表面，包括特定的金属图案、变容二极管、贴片电容与馈电网络，其中变容二极管与贴片电容分别跨接在不同的金属图案之间，馈电网络则连接在金属图案的一侧用于加载控制信号至变容二极管两端；第二层为介质基板层，用于支撑整个超表面；第三层为金属背板；在第一层与第三层之间有多排金属通孔相连。

3.如权利要求1所述的实现多种调制方案无线通信的时域编码超表面，其特征在于，控制电路生成的模拟电压，通过馈电网络加载至基本单元上的变容二极管两端，改变其等效电容，进而改变单元的电磁特性，具体为在指定的频点上，电磁波后向反射相位变化超过2.5π，反射幅度波动小于3.5dB。

4.如权利要求1所述的实现多种调制方案无线通信的时域编码超表面，其特征在于，控制电路具体组成为：一个以FPGA为核心的基带信号处理器，一个16位数模转换器和一个由运算放大器构成的放大电路；其中基带信号处理器生成基带数字信号并通过16位数模转换器转换为模拟输出电压，后经放大电路放大为所需的控制信号，整个控制电路的输出电压范围为0V～24V。

5.如权利要求1所述的实现多种调制方案无线通信的时域编码超表面，其特征在于，当时域编码超表面经电磁波照射时，根据调制方案的需求，计算出所需星座点对应的电磁波幅度\相位值，之后通过结合电磁波幅相独立调控理论，首先得出幅度对应的控制信号与相应的初始相位值，再计算补偿初始相位与最终相位之差所需的时延，最终组成控制信号使电磁波幅度\相位满足要求，进而生成所需的星座点；在此基础上，建立控制信号与不同星座点之间的映射关系，综合出符合标准分布的星座图。

6.如权利要求1所述的实现多种调制方案无线通信的时域编码超表面，其特征在于，当时域编码超表面综合出符合调制方案需求的星座图时，建立基带数据与星座点之间的映射关系，结合控制信号与星座点之间的映射关系完成从基带数据到控制信号之间的完整映射，进而使得当时域编码超表面经电磁波照射时，基带数据可以通过控制信号直接调制到某一频率载波上，完成无线通信。