[发明专利]可重构全息表面的尺寸和能效联合优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种可重构全息表面的尺寸和能效联合优化方法及系统，涉及通信技术领域，该方法包括：根据RHS天线的目标波束方向，确定每个超材料辐射单元的辐射振幅；根据RHS天线能量效率最大化计算公式和每个所述超材料辐射单元的辐射振幅，计算尺寸最大值和尺寸上限值；根据所述尺寸最大值和所述尺寸上限值，确定最优尺寸值。本发明达到了RHS天线在尺寸尽可能大的同时实现较高的能量效率。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种可重构全息表面的尺寸和能效联合优化方法及系统。

背景技术

为了实现无处不在的智能信息网络，即将到来的第六代(6G)无线通信对天线技术提出了更严格的要求，如容量增强和精确波束控制。虽然广泛使用的碟形天线和相控阵天线都有能力实现这些目标，但它们都存在着自身固有的缺陷，严重阻碍了它们未来的发展。具体而言，碟形天线需要沉重而昂贵的波束转向机械，而相控阵天线需要依赖功率放大器，耗电功率大，移相电路复杂，移相器众多，尤其是在高频波段。因此，为了满足未来6G无线系统中指数增长的移动设备的数据需求，现需要更经济且高效的天线技术。

在现有的天线技术中，全息天线作为一种小尺寸、低功耗的平面天线，以其低制造成本和低硬件成本的多波束控制能力受到越来越多的关注。具体来说，全息天线利用金属贴片在表面构建全息图案，根据干涉原理记录参考波和目标波之间的干涉，然后参考波的辐射特性可以通过全息图案来改变，以产生所需的辐射方向。然而，随着移动设备爆炸性增长，传统的全息天线面临着巨大的挑战，因为一旦全息图案建立，传统全息天线其辐射方向图就固定了，继而无法满足移动通信的需求。

由于超材料的可控性，新兴的RHS技术在改善传统全息天线的不足方面显示出极大的潜力。RHS天线是一种超轻薄的平面天线，其表面嵌有许多超材料辐射单元。具体而言，由RHS天线的馈源产生的参考波以表面波的形式激励RHS天线，使得基于印刷电路板(PCB)技术制造的拥有紧凑结构的RHS天线成为可能。根据全息图案，每个超材料辐射单元可以通过电控制参考波的辐射幅度来产生所需的辐射方向。因此，相比于传统的碟形天线和相控阵天线，RHS天线无需重型机械运动装置和复杂的移相电路就可以实现动态波束成形，可以大大节省天线制造成本以及功率损耗，同时其轻薄的结构也十分便于安装。

由于全息天线是一种漏波天线，即表面波通过超材料辐射单元不断向外辐射能量从而产生定向波束，因此随着板子尺寸的不断增大，当表面波传播至RHS天线边缘时，表面波能量会越来越少，从而影响RHS天线的能量效率，而板子尺寸过小又会影响RHS天线的增益，因此RHS天线的尺寸和能效存在折中关系。

现有研究工作大致集中于RHS天线硬件组件设计和辐射方向控制，且仅证明了RHS天线实现动态多波束控制的可行性。目前还没有研究在RHS天线的尺寸和能效的共同影响下，基于RHS天线的混合波束成形方法。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种可重构全息表面的尺寸和能效联合优化方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种可重构全息表面的尺寸和能效联合优化方法，包括：

根据RHS天线的目标波束方向，确定每个超材料辐射单元的辐射振幅；

根据RHS天线能量效率最大化计算公式和每个所述超材料辐射单元的辐射振幅，计算尺寸最大值和尺寸上限值；

根据所述尺寸最大值和所述尺寸上限值，确定最优尺寸值。

可选的，所述RHS天线为由1个馈源和N个超材料辐射单元组成的一维RHS天线。

可选的，所述根据RHS天线能量效率最大化计算公式和每个所述超材料辐射单元的辐射振幅，计算尺寸最大值和尺寸上限值，具体包括：