[发明专利]一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置

说明书

本发明公开了一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置，属于无线通信领域，包括：分别调节单元的输入电压V_P和参考电压V_N，以得到单元的多个不同的偏置电压V_O(V_O＝V_P‑V_N)，并获得不同偏置电压对应的幅频响应曲线和相频响应曲线；将预设工作频率下相位差为360°/n的n条相频响应曲线对应的n个偏置电压作为一个候选偏置电压组；选取一组，将其中的n个偏置电压分别作为单元n个逻辑状态对应的偏置电压，并由此确定不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；在预设工作频率下，所选取各偏置电压对应的反射信号幅度均大于参考电压接地时单元各逻辑状态对应的幅度最小值；n≥2表示单元的逻辑状态数量。本发明能够提高超表面结构单元的反射效率。

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置。

背景技术

智能超表面(又名智能反射面或可编程电磁超表面)(英文名：ReconfigurableIntelligent Surface/RIS/Large Intelligent Surface/Software DefinedSurface/Metasurface/IRS/Intelligent Reflecting Surface/Reconfigurable Meta-Surfaces/Holographic MIMO等)的主要组成部分是可编程人工电磁表面结构。该结构是一种由精心设计的亚波长单元按照周期或非周期性的排列组成的，具有可重配电磁特性的二维薄层。基本单元通常由金属、介质和可调器件构成。通过控制反射单元的可调部分，例如电磁波的幅度、相位，能够实现对电磁波传播方向的调控。该技术是近两年刚刚兴起的国际学术界研究热点，是新一代通信系统中极具潜力的技术。

智能超表面对电磁波的调控是通过改变超表面本身的电磁特性来实现的。基于变容二极管的电容随偏压改变的特性，加载变容二极管的超表面是可编程电磁超表面的一种应用广泛的结构。加载变容二极管的超表面结构单元中，变容二极管的两端分别连接超表面结构单元的参考端和输入端。

1-bit的超表面结构单元具有两个逻辑状态，即逻辑状态“0”和逻辑状态“1”。在传统的控制方案中，对于1-bit的超表面结构单元，其参考端接地，输入端与控制装置中的电平转换电路的输出端相连，由该电平转换电路为单元提供输入电压。对加载变容二极管智能超表面结构单元进行控制时，电平转换电路往往需要提供变化范围在20V以上的输出电压才能使超表面结构单元中的变容二极管的电容调节范围得到充分应用，对电平转换电路的要求较高。此外，因为变容二极管的一端接地，而电平转换电路输出的信号低电平为地且不可调，所以，在对超表面电磁特性进行调控的时候，只能通过调节电平转换电路输出的高电平Vp来调节单元在不同逻辑状态下的偏置电压，使得在工作频率附近，电磁超表面单元的相邻状态之间的相位差为180°。因为一个偏压固定为零，当工作频率位于0V偏压的谐振频率附近时，由于拥有0V偏压的单元结构的谐振损耗，超表面单元结构逻辑状态间反射信号的幅度区别较大，其中一个逻辑状态对应的反射信号幅值很低，导致反射效率低，对调控效果产生不利影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置，其目的在于，使超表面结构单元中变容二极管两端的电压均可调，在控制过程中，除了关注反射信号的相位差，还对反射信号的幅度进行控制，从而提高超表面结构单元的反射效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种智能超表面结构单元的控制方法，包括：

通过分别调节单元的输入电压V_P和参考电压V_N，对单元的偏置电压V_O进行调节，并测量单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线；