空间离散化的时空调制超构表面：自由空间的N路径系统

超表面是在亚波长范围内可实现对电磁波的定制控制的二维（2D）结构。可调谐电子元件的发展已经可以动态控制超表面的电磁特性。电子设备，例如变容二极管，晶体管和MEMS，以及2D相变材料可以集成到超构表面中，以调节其电，磁和磁电响应。通常对超表面的属性进行空间调制，以形成电磁波阵面并实现聚焦，束转向和极化控制。通过将可调谐元素纳入其设计中，超表面的属性也可以随时间进行调整。在空间调制重新分配散射场的平面波谱的同时，时间调制提供了对频谱的控制。同时的时空变化被称为时空调制，最近已应用于超构表面。时空调制可以同时进行频率转换，波束控制和整形。它也可用于破坏洛伦兹互易性，并启用无磁非互易设备，包括回转器，循环器和隔离器

       近日，来自密西根大学的Anthony Grbic研究小组在理论和实验上都研究了具有空间离散行波调制（SDTWM）的超表面。SDTWM通过在施加到相邻列的时间波形之间执行时间延迟来实现。与时空超表面研究中通常假定的连续行波调制相反，此处的调制在空间上是离散的。为了解决离散空间调制问题，基于为SDTWM结构导出的新边界条件，引入了改进的Floquet分析。改进的Floquet分析将散射场分为宏观和微观变化。报道的理论和实验结果表明，SDTWM超表面的电磁行为可分为三种状态。对于较大的电空间调制周期，可以忽略每个触针上的微观场变化。在这种情况下，时空超表面允许同时进行频率转换和角偏转。当超表面上的空间调制周期很小时，微观变化会导致独特的超颖表面功能，例如次谐波混合。当超表面的空间调制周期为波长尺度时，超颖表面可同时实现次谐波混合和角偏转。为了验证分析，研究者开发了双极化，时空调制的超颖表面并在X波段频率下进行了测量。相关研究发表在杂志《Physical Review Applied》上。（刘乐）

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.14.064060