纯粹和线性频率转换的时间超表面

      在通信系统中，频率转换是一项非常重要的工作，将输入信号的频率转换为较大或较小的值，即在发射机中进行上转换，在接收机中进行下转换。实用的频率转换是理想的，以产生大的频率转换比，其中输入信号的频率从一个频带转换到另一个频带，例如，从超高频频带到低频带。传统的非线性混频器由于射频(RF)和本振(LO)信号的谐波混频器而产生杂散信号。对于单音RF和LO信号，杂散信号频率对应于iωRF + j ωLO谐波乘积，i和j为任意整数。然而，多频RF和LO信号产生一个更不需要寻找的杂散频率。准纯频率转换通常是通过频率混频器与带通滤波器的集成来实现的，这通常会导致高插入损耗。几十年来，人们提出了几种方法来实现谐波抑制混频器。然而,传统的非线性混频器，开关混频器，子采样混频器和微波光子混频器，甚至在研究人员看来最理想的操作机制，仍然会产生不必要的混合杂散信号。超表面是由亚波长散射体阵列构成的超薄结构，具有可设计的散射响应。

       近日，加拿大多伦多大学电子与计算机工程系Sajjad Taravati和George V. Eleftheriades设计了一个无杂散的，线性频率转换的超表面。这种超表面是由时间调制的超单元组成，包含了时间和静态的贴片谐振器和移相器。这代表了一类具有可控频带和传输幅度的大频率转换比的变频器超表面。与传统的非线性混频器相比，所提出的时域频率转换器提供了线性响应。此外，通过利用表面-互连-相位-表面(SIPS)架构，可以实现无杂散和线性频率转换，所有无用的的混合信号都得到了强烈的抑制。所提出的超表面可以通过现场可编程门阵列进行数字控制和编程。这使得无杂散线性频率转换器超表面成为无线和卫星通信系统以及隐形斗篷和雷达的突出解决方案。本研究为实现更复杂、更高效的频谱变换超表面开辟了一条途径。相关研究工作发表在《Physical Rewiew Applied》上。（丁雷）

      文章链接：Sajjad Taravati and George V. Eleftheriades，Pure and Linear Frequency-Conversion Temporal metasurface，Physical Rewiew Applied(2021).DOI: 10.1103/PhysRevApplied.15.064011