Grazie alle loro eccellenti prestazioni nella manipolazione libera e flessibile delle onde elettromagnetiche (EM), le metasuperfici sono state ampiamente studiate dall'inizio del 21° secolo. Però, con il rapido sviluppo della tecnologia dell'informazione digitale, le tradizionali metasuperfici analogiche con controllo di fase continuo diventano difficili da controllare le informazioni digitali. Nel 2014, sono state proposte codifica digitale e metasuperfici programmabili, che consentono di manipolare le onde EM dal punto di vista digitale, costruire un ponte tra la scienza dell'informazione e la metasuperficie fisica. Recentemente, alcuni ricercatori hanno proposto una nuova metasuperficie di codifica digitale a 1 bit del tipo di trasmissione a banda larga e hanno analizzato le sue manipolazioni sulle funzionalità di irradiazione del campo lontano EM.

Il documento correlato intitolato "Metasuperficie di codifica a 1 bit del tipo di trasmissione a banda larga per la formazione e la scansione del fascio, " è stato pubblicato in Scienza Cina Fisica, Meccanica e Astronomia , in cui RuiYuan Wu e il Prof. TieJun Cui della Southeast University sono il primo autore e l'autore corrispondente, rispettivamente.

Per molto tempo, migliorare la larghezza di banda di lavoro è stata una sfida per le metasuperfici. In genere, la progettazione a banda larga di metasuperfici di tipo a riflessione è più facile da implementare perché dovrebbe essere considerata solo la risposta di fase, e l'ampiezza di riflessione rimane superiore al 95% per la presenza di massa metallica. In contrasto, nella progettazione di metasuperfici di tipo trasmissivo, non solo la risposta di fase deve soddisfare i requisiti per gli schemi di codifica digitale, ma è richiesta anche un'elevata ampiezza di trasmissione. La realizzazione di entrambe le condizioni si basa sulla forte risonanza della particella digitale, che è molto difficile da mantenere in una banda larga.

Per superare questa difficoltà, gli autori hanno adottato una struttura di tipo di trasmissione multistrato, come mostrato nella Figura 1 (a), per implementare le particelle digitali. La struttura è composta da quattro toppe quadrate metalliche identiche (vedi Figura 1(b)), uno strato di fessura metallica a forma di croce (vedi Figura 1 (c)), e substrati dielettrici. Regolando le dimensioni delle toppe quadrate, le risposte di fase delle onde EM trasmesse verrebbero modificate di conseguenza.

Dopo le ottimizzazioni tra la maggiore trasmittanza e la sufficiente differenza di fase della codifica a 1 bit, due particelle digitali con geometrie diverse sono state progettate per rappresentare gli stati digitali '0' e '1'. Come mostrato nelle Figure 1(d) e 1(e), la differenza di fase tra le due particelle è stata mantenuta vicino a 180° per garantire l'effetto di codifica a 1 bit nell'intervallo a banda larga di 8,1-12,5 GHz con elevata trasmittanza, corrispondente ad una larghezza di banda relativa superiore al 40%.

Sulla base delle caratteristiche della banda larga delle particelle digitali, un progetto di metasuperficie di codifica digitale è stato inizialmente costruito per ottenere la formazione di fasci ad alta direzionalità nella banda larga, in cui i livelli del lobo laterale erano inferiori a 10 dB, come mostrato nelle Figure 2(a) e 2(b). Per di più, le particelle digitali sulla metasuperficie sono state codificate come la sequenza di '010101...' per irradiare due raggi simmetrici, dove gli angoli di deflessione potrebbero scansionare continuamente in un intervallo unidimensionale con il cambiamento della frequenza di lavoro. L'angolo di scansione è superiore a 20°, come mostrato nelle Figure 2(c) e 2(d). Il progetto proposto rompe l'attuale limite di larghezza di banda nelle metasuperfici di codifica del tipo di trasmissione, indicando ampie potenzialità applicative nei sistemi di comunicazione radar e wireless.