摘要: 数字编码超表面采用离散化的数字状态对超表面电磁特性进行表征，极大程度上简化了电磁超表面的设计流程，搭建起了物理世界与数字世界之间的桥梁，也为研究人员设计和研究超表面提供了全新的视角。数字编码超表面对电磁波强大且灵活的实时调控能力，... 展开 数字编码超表面采用离散化的数字状态对超表面电磁特性进行表征，极大程度上简化了电磁超表面的设计流程，搭建起了物理世界与数字世界之间的桥梁，也为研究人员设计和研究超表面提供了全新的视角。数字编码超表面对电磁波强大且灵活的实时调控能力，展现了其在电磁空间安全领域中极大的研究价值和应用前景。本文以数字编码超表面为研究对象，展开了一系列其在电磁空间安全领域的应用研究，研究内容主要分为以下几个方面： （1）分析了相位量化误差对编码超表面波束扫描性能的影响。本工作设计并对比了在9.05GHz下不同比特精度的编码超表面阵列，并通过理论分析和仿真验证，发现相位量化误差对主瓣增益和旁瓣电平的显著影响；接着在此基础之上，提出了一种减少相位量化误差从而提升波束扫描增益的方法。仿真结果表明，在9.05GHz球面波垂直入射下，优化后的反射阵面天线增益提升了1.58dBi。测试结果与仿真结果相吻合，验证了从相位量化误差这一维度提升反射阵天线增益的可行性。 （2）将计算机视觉与数字编码超表面相结合，完成了具备电磁波“追踪”能力的实时自适应超表面原型设计。此工作采用机器学习开源库OpenPose实现了对人体姿态的实时监测，针对检测到的特定人体姿态，设计的自适应超表面将会做出例如波束定向的举动。为了得到波束定向所需要的目标位置，这里通过基于OpenCV的单目测距或是双目测距实现。 （3）对低散射编码超表面进行了研究，首先是将随机编码超表面与离散粒子群算法（BinaryParticleSwarmOptimization,BPSO）优化后的编码超表面的单站与双站RCS（RadarCrossSection）缩减能力进行了对比，展现了BPSO算法优化低散射编码超表面设计的可行性与高效性。接着设计了基于极化转换的2-bit编码超表面，经BPSO优化后所设计的编码超表面在24GHz-43GHz频段内实现了10dB以上的单站RCS缩减，同时也具备着优秀的双站RCS缩减效果。 收起