平面技术可以改变天线、无线和手机通信

在时空调制超表面反射器的作用下，输出值不再简单地等同于输入值。 （图片来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室）

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的研究人员正在重新设计“镜子”，至少在微波波段中，我们可能会用上紧凑、通用且更适合现代通信技术的平面“镜子”来代替我们在屋顶和手机信号塔上看到的熟悉的3D碟形天线和微波喇叭。

“我们的新型反射器为传统天线提供了轻巧且外形不显眼的替代选择。这对于卫星来说是一个潜在的福音，因为卫星重量和尺寸的最小化至关重要。”洛斯阿拉莫斯国家实验室MPA-CINT小组的Abul Azad说道，“这些面板也可以很容易地结合到建筑物或地面车辆的表面上。”

大多数反射镜都是相互的：以浴室中的镜子为例，如果您看到镜子中反射了一个人，那么这个“反射出来的人”也能够看到您。新的反射器设计打破了这种相互性，有效地将其转变为了单向镜。

这种平面反射器可以通过电子进行控制，这意味着我们可以快速地重置它的特性。这为波束控制、定制聚焦和其他传统天线设计难以实现的功能打开了一扇窗口。小型化的版本可以通过确保信号仅到达目标组件而不在电路的其他部分引起无意的信号（这是芯片设计人员经常要担心的问题），借此来改善基于芯片的电路。

反射器是由一组结构精细的电子元件安置在平坦表面上构成的。将信号加载到组件上能够使二维反射器的工作性能与三维天线非常相似，在某些情况下，它还能完成传统天线无法完成的工作。这种设备称为“超表面（metasurface）”，因为它的特性可以通过电子进行改变并以发挥不同的作用，无需更改其表面的物理形状。

通过将电信号施加到反射器组件，研究人员设法调制了超表面，以控制反射光的方向和频率。反射器的不可逆响应将有助于防止天线接收到它自身传出广播中的回波，并保护精密电路避免接受到强大且可能损坏器件的输入信号。

“我们已经实现了第一个动态超表面，它能够通过将微波转换成等离激元来实现极度不可逆，这种等离激元是反射器表面的电荷波。”洛斯阿拉莫斯国家实验室T-4小组的Diego Dalvit说道，“这是控制反射器功能方式的关键。”

新的洛斯阿拉莫斯反射器平台为各种应用领域带来了令人兴奋的机遇，包括可解决干扰信号失真的自适应光学器件、单向无线传输以及新颖的天线设计。

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