信息学院林丰涵课题组提出光子微波相控阵新架构

下一代无线通信与卫星网络需要低成本、低功耗、大口径、宽角扫描的相控阵技术，以实现空天地一体化的连续空间覆盖、混合近远场波束赋形、多用户定位传感和全息多入多出（MIMO）通信与感知。现有相控阵天线系统因受射频收发组件带宽、成本、制程工艺、热设计等多方面的限制，难以适用于民用无线通信系统。可重构电磁超构表面技术有望解决上述瓶颈，但在栅瓣角度、最高工作频率、可扩展规模、极化自由度等多方面受到制程的限制，极大制约了该技术在基站天线、卫星相控阵天线和中继散射通信系统中的应用。

针对以上问题，信息学院林丰涵课题组提出并验证了一种基于光控微波超构表面的光子微波相控阵天线新架构：以微带反射天线阵为验证对象，在原理上兼顾基站、卫星和中继散射通信系统的共性技术需求，采用激光来代替大规模的控制导线实现对控制信号的无线传输，同时通过激光信号的变化对反射阵集成的光电开关二极管状态实行无线控制，从而实现了辐射方向图的重构。为验证该方案的有效性，研究人员对1024单元的光控微波反射阵进行了仿真设计，通过对正负60°的无栅瓣波束扫描，进一步对256单元光控微波反射阵的进行了实验验证，结果实现了最大范围正负45°的动态波束偏转。相关研究成果以“Light Controlled Large-Scale Wirelessly Reconfigurable Microstrip Reflectarrays”为题，以预印本形式发表于IEEE Transactions on Antennas and Propagation。上海科技大学为第一完成单位，上海科技大学信息学院博士研究生缪思羽为论文第一作者，林丰涵教授为通讯作者。

该工作提出的新型光子微波相控阵技术从架构上解决了电控超构表面因布线复杂性导致的单元间距、工作频率、极化自由度、可扩展规模、栅瓣抑制等受限的问题，为进一步提高可重构超构表面器件的空间分辨率、瞬时带宽、工作频率、调控自由度提供了新的思路，为推动6G无线通信技术的发展和构建具有自主知识产权的星链系统提供了新的技术储备和低成本解决方案。该工作的进一步延申工作投稿至ACES-China 2022国际会议，荣获最佳学生论文三等奖。

原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9998514

图1：光控微波可重构单元设计与阵列性能仿真

图2：1024单元光控微波可重构天线阵列仿真

图3：光控微波无线可重构反射阵实验与测试结果

图4：该论文的延展工作在ACES-China 2022国际会议荣获最佳学生论文三等奖