由具有非线性周期相位的时空编码超表面控制的调频连续波

脉冲压缩是现代雷达系统中的一项重要技术，促进了现代雷达技术向更高速度和测距精度的方向发展。调频连续波(FMCW)信号具有时间宽度大、带宽大的优点，成为典型的脉冲压缩信号。

然而，FMCW信号主要由压控振荡器(VCO)或直接数字合成(DDS)技术产生，系统复杂度高，与天线模块集成困难。因此，研究人员面临的重要问题之一是如何设计一种低成本、高效率的FMCW信号产生方法。

在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由中国东南大学毫米波国家重点实验室和电磁空间研究所的程强教授和崔铁军教授及其同事领导的科学家团队已经开发了一种理论框架和方法，通过具有非线性周期相位的新型STCM同时生成FMCW并控制其空间传播行为。

研究团队设计了一种360度全相位覆盖的反射型STCM。当它被非线性周期性电压控制信号偏置时，可以立即获得非线性周期性相位响应并将其调制到入射电磁(EM)波上。这样就可以合成出瞬时频率随时间变化的FMCW信号。

基于STCM的FMCW信号的时频特性与非线性周期电压控制信号密切相关。通过对控制信号进行编程，可以在同一个STCM上按需合成不同类型的FMCW信号。

此外，通过优化超表面不同区域之间的初始电压分布，可以将额外的相位梯度引入超表面，然后可以控制FMCW光束的传播方向。所报道的方法将为新型信号脉冲压缩技术奠定基础。科学家们总结了这项工作的运行原理：

“我们设计了一种生成FMCW并同时控制其空间传播行为的方法，其目的有二：(1)通过设计所需的非线性周期性电压控制信号来合成FMCW信号;(2)操纵通过优化超表面不同区域之间的初始电压分布来实现FMCW光束。”

“与传统的FMCW信号生成方法相比，所提出的方法不需要频率合成和相控阵天线模块，可以有效降低成本和复杂性，”科学家说。

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