[发明专利]一种可实现太阳能自供电的混合可重构智能反射表面

说明书

本发明公开了一种可实现太阳能自供电的混合可重构智能反射表面，包括多个有源反射元件、多个无源反射元件、以及分别连接有源反射元件和无源反射元件的RIS控制器，其中，RIS控制器用于控制有源反射元件上的入射信号的相位和幅度，以及控制无源反射元件上的入射信号的相位；有源反射元件自上而下依次包括有源反射元件层、半导体晶体层、贴片电感层、第一金属背板以及第一控制电路板；有源反射元件层、半导体晶体层和第一金属背板构成太阳能电池，太阳能电池能够将入射到有源反射元件的光转换为电能以向第一控制电路板和RIS控制器供电。该混合可重构智能反射表面将太阳能电池与有源反射元件集成，解决了其供电问题，可实现夜间正常工作。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种可实现太阳能自供电的混合可重构智能反射表面。

背景技术

目前，将太阳能电池和通信天线集成，是实现无线通信设备小型化，节能化，智能化，便携化，低成本以及多功能化很好的方法。太阳能是一种取之不尽，用之不竭的绿色环保能源，自1954年实用型硅太阳能电池在贝尔实验室研制成功起，现已发展成规模巨大的太阳能光伏产业。目前发展最为成熟的是硅电池技术，其应用范围也最广。硅太阳能电池根据硅的纯度可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池光电转换效率最高，制作工艺也最为成熟，光电转换率最高可达24.7％。

可重构智能反射表面(reconfigurable intelligent surface，RIS)能够以可编程的方式改变入射电磁波的相位，将无线信道变成可智能控制且优化的系统块，达到提升通信系统的整体性能的目的，因而成为6G无线通信系统的潜在关键技术之一。现有的文献大部分都是采用纯无源的RIS进行研究。然而，纯无源的RIS存在以下几个问题。首先，采用纯无源RIS，信号经过级联信道，反射链路相比于直接链路来讲，其路径损耗是按乘积的方式叠加，导致其存在双衰落问题。此外，纯无源RIS不仅限制了端到端的信道波束成形增益，也阻碍了RIS获取准确的信道状态信息用于相位控制。而有源RIS可以改变入射信号的相位，也会放大其幅度。有相关论文验证了有源RIS和纯无源RIS相比，纯无源RIS仅仅实现3％的容量增益，而有源RIS能够实现129％的容量增益，克服了双衰落的限制。然而，有源RIS需要额外的电源供电，RIS处也引入了不可忽略的动态噪声。因此，采用混合架构的RIS结合了两者的优势，由无源反射器件和连接有反射式放大器的，按规则排列的部分有源反射器件构成，但是依然需要电源供电。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可实现太阳能自供电的混合可重构智能反射表面，可实现混合架构的RIS中的部分有源反射器件可持续供电，减少成本和降低空间资源的占用。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种可实现太阳能自供电的混合可重构智能反射表面，包括中间规则排列的多个有源反射元件、外围规则排列的多个无源反射元件、以及分别连接所述有源反射元件和所述无源反射元件的RIS控制器，其中，

所述RIS控制器用于控制所述有源反射元件上的入射信号的相位和幅度，以及控制所述无源反射元件上的入射信号的相位；

所述有源反射元件自上而下依次包括有源反射元件层、半导体晶体层、贴片电感层、第一金属背板以及第一控制电路板，所述第一控制电路板连接至所述RIS控制器；

所述有源反射元件层、所述半导体晶体层和所述第一金属背板构成太阳能电池，所述太阳能电池能够将入射到所述有源反射元件的光转换为电能以向所述第一控制电路板和所述RIS控制器供电。

在本发明的一个实施例中，所述有源反射元件层为设置在所述半导体晶体层上表面的环状金属贴片；或者为透明导电材料形成的方形贴片。

在本发明的一个实施例中，所述第一金属背板与所述第一控制电路板之间连接有稳压电路。