4、电磁规范与原型设计

电磁规范与原型设计

1. 软件定义超表面

超表面在控制电磁辐射的各个物理方面（幅度、相位、频率、方向、极化）以及在广泛的频率范围内（从微波、太赫兹到红外和光学）都展现出了令人印象深刻的能力。然而，将其应用到现实世界的系统中并非易事。最近，出现了一个新的研究方向，旨在推动超表面在现实世界中的大规模应用，即软件定义超表面（SDMs）或超表面（HSFs）。

SDMs和HSFs试图成为超材料和超表面学术研究与实际应用之间的关键纽带。它们主要借助两个方面的优势：一是定义明确的软件接口，二是集成的纳米控制器网络，该网络允许单元之间以及与外部世界进行通信。

要实现软件定义超表面，需要一个硬件系统来应用软件原语并有效地重新配置超表面。一些研究人员建议在超表面结构中集成一个微小控制器网络，并通过无线方式将其与外部实体连接。每个控制器能够解读全局指令，并通过调整变容二极管等方式实现所需的阻抗配置。这里面临的主要挑战，一是开发一个超低功耗的控制器网络，二是将其与超表面集成在一个单一结构中。

SDM架构由三个功能层组成：
- 内部网络层
- 网关层
- 软件控制层

根据为每层选择的组件和架构，SDMs可以有多种具体实现方式。

2. 开关矩阵原型的设计流程

目标是实现一个可调谐超表面，使其能够针对不同入射角实现可调谐的完美吸收和可调谐的异常反射。下面将讨论开关矩阵原型的设计流程以及最终设计的规格。

2.1 各功能的设计原理

首先，介绍可调谐完美吸收和可调谐异常反射背后的理论。为了理解这些理论，我们考虑一个简单的结构，后续会用它来展示与这些可调功能对应