《光电进展》最新发布的文章; DOI 10.29026/oeas.2024.240040，探讨了一种基于欺骗表面等离子激元极化的外部可感知智能漏波天线。
智能天线因其同时具备通信与感知功能而受到广泛关注，但通常面临复杂的控制和高昂的成本。物联网(IoT)和人工智能(AI)的快速发展带来了跨学科的新应用，以及一系列灵活且小型化的感知设备。因此，能够在复杂无线信道中实现环境感知与信号收发的智能天线将在未来的通信和传感领域中发挥重要作用。
智能天线的技术不断进步，通常分为三大类：1. 波束形成天线：这些天线能够动态调整方向以聚焦信号，从而提供更好的信号覆盖和质量。然而，它们需要复杂的硬件和信号处理，增加了系统的成本，并对动态环境的适应性提出了挑战。2. 自适应天线：这些天线实时调整参数，以提升信号质量并抵抗干扰。尽管它们具有优势，但也需要复杂的硬件和算法，以及大量的计算资源。3. 多功能超表面和可重构智能表面(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，支持全息图和光学传感等应用。RIS通过优化反射和折射特性来改善信号通道，从而提升信号的覆盖范围和容量。当超表面规模增大时，复杂的控制系统成为必要。
结合传感器的超表面展现出先进的智能电磁控制系统。例如，集成计算机视觉(CV)的元表面依赖摄像头、数据和算法来执行波束跟踪、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。这些系统通过电调谐超表面中每个单元的电磁特性，实现高精度和灵活的实时波束形成。然而，制造的复杂性和功耗带来了技术挑战。
为降低系统复杂性和成本，提出了一种基于欺骗表面等离子激元(SSPPs)的外部可感知漏波天线(LWA)系统。SSPPs是一种特殊的“一维”超表面，具备高度局域化的电磁场和灵活可调的色散特性，为下一代电路和系统的发展提供了新的解决方案。基于SSPPs的低串扰共形传输线、有源无源器件和通信系统已被提出，具备小型化、共形、低成本和易于集成的优点，适用于未来的无线通信。SSPP漏波天线控制灵活，频带宽，增益高，能够实现大角度波束扫描。与超表面天线相比，可重构SSPP天线在有效元件数量、设计复杂度、制造简易性和功耗方面具有优势。因此，可重构的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)。该智能SSPP-LWA系统具备外部感知能力，能够在“辐射”状态(未检测到外部窃听者)和“非辐射”状态(检测到外部窃听者)之间实时切换，并对识别的运动目标进行波束跟踪。在如图1所示的通信场景中，SSPP-LWA通过CV获取外部干扰机或目标用户的实时位置信息，并据此切换辐射/非辐射状态，通过调整输入频率实现对运动目标的自动跟踪。利用波束重构和外部感知的能力，提出的SSPP-LWA是智能系统的主要竞争者，具备在动态复杂环境中自主选择最佳操作模式和智能通信的能力。
这项研究至关重要，因为它解决了当前智能天线系统面临的多个挑战，如有限的工作频带、高复杂性和高成本。它还通过自适应波束形成和干扰缓解改善雷达系统和安全通信信道。此外，它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将使自动驾驶汽车更加安全可靠，并提升用户在移动互联网和流媒体服务等日常应用中的体验。
该研究的下一步将涉及使用其他先进系统(如无人机(UAV)通信网络和人工智能(AI))来改进SSPP-LWA技术，以增强其能力。基于所提出的可重构SSPP-LWA，未来有望设计出多维数字LWA。简而言之，可以通过振幅、频率和极化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，提出的可重构SSPP-LWA有望在未来的智能无线通信中找到应用。
智能SSPP-LWA系统实时感知环境，完成自适应工作状态和精确目标跟踪，不仅可以优化频谱利用率、减少干扰，还能提升系统的智能化和自动化水平，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。
关键词:智能天线/外部感知/欺骗表面等离子激元/计算机视觉辅助
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