文章提出极化重构（Polarforming）技术，通过动态调整天线极化状态（如机械旋转与相位偏移）实现电磁波的实时极化匹配。该技术仅需单射频链即可控制多维极化自由度（DoFs），显著降低多输入多输出系统硬件成本。数值实验表明：在相同射频链条件下，极化重构较双极化天线（DPA）和固定极化天线（FPA）方案提升可达率15%-40%，且在去极化信道中（XPD>0dB）保持稳定性能。应用场景涵盖卫星通信干扰抑制、物理层安全增强及高密度机器通信等领域，但极化信道估计与机械设计仍是实用化关键挑战。
极化作为电磁波基本属性，是独立于时/频/空域的新设计维度。实际传播中，信号反射、散射及天线失准会导致信道去极化，其程度由交叉极化鉴别度（XPD）量化：
\[ \text{XPD} = \frac{P_{\text{co-polar}}}{P_{\text{cross-polar}}} \]
传统固定极化天线（FPA）无法动态适应时变去极化效应，而双/三极化天线（DPA/TPA）需为每个正交极化单元配置独立射频链，导致大规模天线系统硬件成本剧增。
极化重构通过机械旋转调整极化角与相位偏移器控制极化相位，实现三维动态极化匹配（图2）：
该框架仅需单射频链即可利用极化自由度，较DPA/TPA降低2-3倍射频硬件成本。
如表I所示：DPA需2射频链/天线，TPA需3射频链/天线，而极化重构仅需1射频链/天线。在M=6, N=6 MIMO系统中，射频链数量减少使接收机噪声功率降低3.2dB。
动态重构发射/接收天线极化状态，补偿传播导致的极化畸变。当逆XPD=0dB时（图5），极化重构方案可达率较FPA提升40%，且随XPD恶化保持稳定。
在极化域实现期望信号极化匹配与干扰信号极化正交：
\[ \max |\mathbf{h}_d^H \mathbf{w}|^2 \quad \text{s.t.} \quad |\mathbf{h}_i^H \mathbf{w}|^2 \leq \epsilon \]
其中\(\mathbf{w}\)为极化权向量，\(\mathbf{h}_d\), \(\mathbf{h}_i\)分别为目标/干扰信道响应。
大气降雨/冰晶导致极化偏移（图3）。极化重构在终端动态补偿极化失配，使卫星极化复用容量提升近2倍。
通过协作极化重构，使窃听者信道满足：
\[ \mathbf{H}_e \mathbf{w} \perp \mathbf{v}_e \]
其中\(\mathbf{v}_e\)为窃听天线极化向量，实现理论零信号接收。
单射频链架构限制极化CSI获取效率。现有方案需通过$2N$时隙训练序列估计$N$维极化信道，导致频谱效率损失25%以上。
如图4所示：在SNR=15dB时，2D极化重构较DPA方案提升可达率32%（同6射频链条件）。3D架构在强去极化信道（逆XPD=10dB）下较1D方案提升18dB，印证高维极化控制的优势。