可重构智能天线复杂度低、增益高

Josiah02

智能天线因其能够同时实现通信和感知功能而备受关注；然而，智能天线通常控制复杂且成本高昂。
物联网（IoT）和人工智能（AI）的发展催生了跨学科的新应用，以及一系列灵活、微型化的感知设备。能够感知环境、通过复杂无线信道收发信号的智能天线将在未来的通信、传感等领域发挥重要作用。
智能天线通常分为三类：
波束成形天线：这些天线可以动态调整方向以聚焦信号，并提供增强的信号覆盖范围和质量。然而，它们需要复杂的硬件和信号处理，这会增加系统成本，并在动态环境中带来适应挑战。
自适应天线：这些天线实时调整参数以改善信号质量和抵抗干扰。尽管它们有诸多好处，但它们需要复杂的硬件和算法以及大量的计算资源。
多功能超表面与可重构智能表面（RIS）：多功能超表面通过调整单元的相位或偏振实现全空间功能，实现全息、光学传感等功能。RIS通过调整反射和折射特性优化信号通道，提高信号覆盖率和容量。当超表面规模较大时，需要复杂的控制系统。
其中，与传感器结合的超表面具有先进的智能电磁（EM）控制系统。例如，与计算机视觉（CV）集成的超表面依靠摄像头、数据和算法来执行光束跟踪、遥感和交通监控等任务。
基于 CV 的智能超表面系统已被开发用于电磁跟踪和与移动目标的实时无线通信。这些系统以电子方式调整超表面中每个单元的电磁特性，从而实现高精度和灵活的实时波束形成。然而，制造复杂性和功耗带来了技术挑战。
为了开发一种新型智能天线，降低系统复杂性和成本，一个团队基于伪表面等离子体极化子（SSPP）构建了一种外部可感知的漏波天线（LWA）系统。伪表面等离子体极化子（SSPP）是一种特殊类型的“一维”超表面，具有高度局部化的电磁场和灵活可调的色散特性，可为下一代电路和系统的开发提供新颖的解决方案。
该研究发表在《光电子进展》杂志上。
基于SSPP的低串扰共形传输线、有源和无源器件及通信系统已被提出，具有小型化、共形、低成本、易集成等优点，可用于未来的无线通信。其中，SSPP漏波天线具有控制灵活、频带宽、增益高、可实现大角度波束扫描等优点。
与超表面相比，可重构SSPP天线有源元件数量少、设计复杂度低、制造相对简单、功耗较低，因此可重构SSPP漏波特别适合智能天线的发展。
本文作者提出了一种基于SSPP的外部可感知漏波天线（LWA），提出的具有外部可感知性的智能SSPP-LWA系统可以自动实现“辐射”状态（未检测到外部窃听者时）与“非辐射”状态（检测到外部窃听者时）的实时切换，以及对已识别运动目标的波束跟踪。
在通信场景中，SSPP-LWA通过CV获取外部干扰器或目标用户的实时位置信息，据此切换辐射/非辐射状态，并通过调整输入频率实现对运动目标的自动跟踪。
利用光束重构和外部感知的能力，所提出的 SSPP-LWA 成为智能系统的主要竞争者，能够在动态、复杂的环境中自主选择最佳操作模式和智能通信。
这项工作至关重要，因为它解决了当前智能天线系统面临的几个挑战，例如有限的工作频段、高复杂性和高成本。它还通过自适应波束成形和干扰缓解改进了雷达系统和安全通信信道。
此外，它还促进了智能家居和城市中大量设备之间的高效可靠通信。增强的雷达、更好的通信和传感能力可以使自动驾驶汽车更安全、更可靠，并增强移动互联网和流媒体服务等日常应用中的用户体验。
这项研究的下一步是利用其他先进系统（如无人机 (UAV) 通信网络和人工智能 (AI)）完善 SSPP-LWA 技术，以增强其功能。基于拟议的可重构 SSPP-LWA，未来有可能设计多维数字 LWA。
简单来说，可以通过振幅、频率和偏振编码矩阵来确定不同的辐射状态，从而允许将数字基带信号直接调制到辐射波上。因此，所提出的可重构 SSPP-LWA 有望在未来智能无线通信中得到应用。
智能的SSPP-LWA系统实时感知环境，完成自适应工作状态和精准目标跟踪，不仅可以优化频谱利用率、减少干扰，还能提高系统的智能化程度和自动化水平，在无人机、自动驾驶、智能交通等领域展现出广泛的应用前景。