准确定量分析数字超表面互耦合导致的信息丢失

邵瑞文博士和吴俊伟教授(中国南京东南大学电磁空间研究所)的研究告诉我们数字超表面如何丢失信息。邵瑞文对数字超表面的散射波进行了奇异值分解(SVD)。他注意到非零奇异值的数量不等于元原子的数量，而是近似的。“这是一个非常不寻常的结果，与之前的超表面建模方法相反，”邵说。

邵瑞文、吴俊伟以及实验室主任崔铁军试图确定导致冗余奇异值的原因。该团队将数字编码超表面视为由两个网络组成的微波网络，包括无源结构和可调谐器件。该组合物成功地分离了编码状态对散射波的影响。

“微波网络级联公式得到的表达式仍然包含矩阵求逆项，所以我们自然想知道幂级数展开是否会对简化产生影响，”吴说。

研究团队发现，经过一系列推导和近似，数字编码超表面的散射波可以表示为编码状态的二阶多项式，包括常数项、一阶项和相邻邻域的二阶项。代码。

“零阶项和二阶项的引入使方程的秩加倍，这与非零奇异值的数量一致。这些项可以认为是由相邻元的相互耦合引起的-原子，”邵说。

研究人员通过全波模拟提取了这些电流模式。根据这些模式，他们可以准确预测任何编码状态下超表面的散射电磁波。

“高精度的半解析表达式为我们从理论上研究超表面的统计特性提供了有力的工具。借助宏观模型，将元素的相互耦合转化为电流协方差。”

“因此，我们最终发现超表面上电流的概率分布是一组相关正态分布。我们将相关分布电流的微分熵与独立和同分布电流的微分熵进行比较，它们之间的差异表明了将数字信号转换为电磁波，”吴说。

如何评估超表面传输信息的能力是超表面通信系统应用中亟待解决的问题。在这项研究中，研究人员提供了一种量化互耦引起的信息损失的新方法。与通常的认知一致，信息损失随着元素周期的减小而增加。