Vanwege hun uitstekende prestaties bij het vrij en flexibel manipuleren van elektromagnetische (EM) golven, metasurfaces zijn op grote schaal onderzocht sinds het begin van de 21e eeuw. Echter, met de snelle ontwikkeling van digitale informatietechnologie, de traditionele analoge meta-oppervlakken met continue fasecontrole worden moeilijk om digitale informatie te controleren. In 2014, digitale codering en programmeerbare meta-oppervlakken werden voorgesteld, die het mogelijk maken om de EM-golven te manipuleren vanuit het digitale aspect, een brug slaan tussen de informatiewetenschap en het fysieke meta-oppervlak. Onlangs, sommige onderzoekers hebben een nieuw breedbandtransmissietype 1-bit digitale coderingsmetasurface voorgesteld en de manipulaties ervan op EM far-field-stralingsfunctionaliteiten geanalyseerd.

Het verwante document getiteld "Breedband transmissie-type 1-bit codering metasurface voor bundelvorming en scannen, " werd gepubliceerd in Wetenschap China Natuurkunde, Mechanica en astronomie , waarin RuiYuan Wu en Prof. TieJun Cui van de Southeast University de eerste auteur en de corresponderende auteur zijn, respectievelijk.

Voor een lange tijd, het verbeteren van de werkbandbreedte was een uitdaging voor meta-oppervlakken. Over het algemeen, breedbandontwerp van meta-oppervlakken van het reflectietype is gemakkelijker te implementeren omdat alleen de faserespons moet worden overwogen, en de reflectieamplitude blijft boven 95% vanwege de aanwezigheid van metalen grond. In tegenstelling tot, bij het ontwerp van meta-oppervlakken van het transmissietype, niet alleen de faserespons moet voldoen aan de vereisten voor digitale coderingsschema's, maar ook een hoge transmissieamplitude is vereist. De realisatie van beide voorwaarden is afhankelijk van de sterke resonantie van het digitale deeltje, die in een brede band erg moeilijk te handhaven is.

Om deze moeilijkheid te overwinnen, de auteurs hebben een meerlagige structuur van het transmissietype aangenomen, zoals weergegeven in figuur 1 (a), om de digitale deeltjes te implementeren. De structuur bestaat uit vier identieke metalen vierkante vlakken (zie figuur 1(b)), een metalen kruisvormige sleuflaag (zie figuur 1(c)), en diëlektrische substraten. Door de afmetingen van vierkante vlakken aan te passen, de fasereacties van uitgezonden EM-golven zouden dienovereenkomstig worden gewijzigd.

Na optimalisaties tussen de hogere transmissie en voldoende faseverschil van 1-bit codering, twee digitale deeltjes met verschillende geometrieën werden ontworpen om de digitale toestanden '0' en '1' weer te geven. Zoals weergegeven in figuren 1(d) en 1(e), het faseverschil tussen de twee deeltjes werd in de buurt van 180 ° gehouden om het 1-bit coderingseffect in het breedbandbereik van 8,1-12,5 GHz met hoge transmissie te garanderen, overeenkomend met een relatieve bandbreedte van meer dan 40%.

Op basis van de breedbandkenmerken van de digitale deeltjes, een digitaal coderend metasurface-ontwerp werd eerst geconstrueerd om een ​​hoog-directionele bundelvorming in de brede band te bereiken, waarin de zijlobniveaus lager waren dan 10dB, zoals weergegeven in figuren 2(a) en 2(b). Verder, de digitale deeltjes op het meta-oppervlak werden gecodeerd als de reeks '010101...' om twee symmetrische bundels uit te stralen, waar de afbuighoeken continu in eendimensionaal bereik konden scannen met de verandering van werkfrequentie. De scanhoek is meer dan 20°, zoals weergegeven in figuren 2(c) en 2(d). Het voorgestelde ontwerp doorbreekt de huidige bandbreedtelimiet in de coderingsmeta-oppervlakken van het transmissietype, wat wijst op brede toepassingsmogelijkheden in radar- en draadloze communicatiesystemen.