基于连续调相智能超表面的超表面单元、通信装置及系统制造方法及图纸

本申请提供了一种基于连续调相智能超表面的超表面单元、通信装置及系统，旨在使超表面单元上的反射电磁波的相位连续可调，且相位精度可调，进而使得所述通信装置上的反射电磁波目标指向连续可调，指向精度可调。所述装置包括：连续调相智能超表面，由多个超表面单元在电路板上规则阵列排布组成，所述超表面单元包括接地层、介质层、第一patch层和第二patch层、变容二极管以及焊盘；连续调相智能超表面，用于根据目标反射电磁波的目标指向，指向误差范围和波束宽度，通过调节各个超表面单元的偏置电压，获得在连续调相智能超表面反射的目标反射电磁波。

【技术实现步骤摘要】
基于连续调相智能超表面的超表面单元、通信装置及系统
本专利技术涉及通信
，特别是涉及一种基于连续调相智能超表面的超表面单元、通信装置及系统。
技术介绍
随着通信技术的高速发展，在通信过程中波束赋形(Beamforming)尤为重要，所谓的波束赋形是指通过调整相位阵列的基本单元的状态，使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉，以此来达到对波束相位的调整。相位调整的精度直接决定了波束传播方向的指向精度。然而，传统的调整相位阵列的基本单元的状态是通过控制基本单元中二极管电压的通断来调整基本单元的状态，一个基本单元只存在两种状态，通状态和断状态，这使得基本单元的状态数有限且确定。基本单元数量过少将使得状态数过少，相位调节的精度不足，影响通信效果，而过度增加大量基本单元以此达到增加状态数的目的，又具有较大的设计难度，同时随着设计结构的复杂，基本单元的抗干扰能力将会减弱。同时，基本单元属于硬件组成，当设计的阵列的基本单元数确定后，该确定的多个阵列的基本单元的状态数也随之确定，该确定多个阵列的基本单元所能调节的相位精度也随之确定，对于波束相位调整精度要求不高的任务来说，控制波束的相位达到该确定的相位精度将造成控制成本的浪费，同时会引起一些不必要的时间延迟，而对于波束相位调整精度要求较高的任务，该确定的相位精度又可能无法满足要求。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种基于连续调相智能超表面的超表面单元、通信装置及系统，旨在使超平面单元上的反射电磁波的相位连续可调，同时反射电磁波的相位精度可调，进而使得连续调相智能超表面的反射电磁波目标指向连续可调，指向精度可调。本申请实施例第一方面提供了一种基于连续调相智能超表面的超表面单元，所述超表面单元包括：接地层、介质层、patch层、变容二极管以及焊盘；其中，所述patch层包括第一patch层和第二patch层；所述第一patch层和所述第二patch层通过所述变容二极管相连；所述第一patch层通过杆件穿过所述介质层与所述接地层连接，所述第二patch层通过杆件穿过所述介质层，并穿过所述焊盘；所述接地层连接接地导线，所述第二patch层的杆件在所述焊盘处连接接电导线，所述接地导线与所述接电导线分别接通电源的两极。可选地，在所述电源的偏置电压为目标偏置电压时，所述超表面单元上的副反射电磁波的相位为目标相位，所述副反射电磁波为超平面上反射的反射电磁波；其中，所述电源的偏置电压可连续变化，使得所述变容二极管的等效电容值连续变化，并使得在所述超表面单元上反射的副反射电磁波的反射系数连续变化，最终使得所述副反射电磁波的相位连续可调。可选地，预设偏置电压的调节间隔，根据预设的偏置电压调节间隔，对所述超表面单元上反射的副反射电磁波的相位进行调节。可选地，所述超表面单元上的副反射电磁波，由所述patch层反射的第一副反射电磁波和所述接地层反射的第二副反射电磁波叠加组成。可选地，所述超表面单元的介质层表面形状为正方形，所述正方形长度低于所述超表面单元允许工作波长的半波长。可选地，所述超表面单元的第一patch层和第二patch层表面为规则的几何图形，所述规则的几何图形面积低于所述超表面单元的介质层的面积的一半。本申请实施例第二方面提供了一种基于连续调相智能超表面的通信装置，所述通信装置包括：指向确定模块，用于确定反射电磁波的目标指向，反射电磁波的指向误差范围和反射电磁波的波束宽度；连续调相智能超表面，所述连续调相智能超表面由多个超表面单元在电路板上规则阵列排布组成，其中，所述超表面单元为权利要求1-5任一所述的超表面单元；所述连续调相智能超表面，用于根据确定的反射电磁波的目标指向，反射电磁波的指向误差范围和反射电磁波的波束宽度，通过调节各个超表面单元的偏置电压，获得在所述连续调相智能超表面反射的目标反射电磁波；其中，所述目标反射电磁波为满足指向误差范围，满足波束宽度，并指向目标指向的反射电磁波。可选地，所述连续调相智能超表面的具体用于：根据确定的反射电磁波的目标指向，反射电磁波的指向误差范围和反射电磁波的波束宽度，确定各个超表面单元上的副反射电磁波的各自目标相位值；根据确定的各个超表面单元上的副反射电磁波的各自目标相位值，确定各个超表面单元的各自目标状态；根据确定的各个超表面单元的各自目标状态，确定各个超表面单元的各自目标等效电容值；根据确定的各个超表面单元的各自目标等效电容值，确定各个超表面单元的各自目标偏置电压；通过调节各个超表面单元的偏置电压为各自目标偏置电压，将所述各个超表面单元调节至各自目标状态；电磁波入射到处于各自目标状态的所述各个超表面单元，将获得所述各个超表面单元上处于各自目标相位值的副反射电磁波；所述各个超表面单元上处于各自目标相位值的副反射电磁波相叠加，获得在所述连续调相智能超表面反射的目标反射电磁波；其中，各个超表面单元通过连续改变各自电源的偏置电压，可对各个超表面单元上反射的副反射电磁波的相位进行连续调节，而各个超表面单元上相位可连续调节的副反射电磁波，最终可叠加为方向可连续调节的反射电磁波。可选地，所述装置还包括：偏置电压控制模块，用于预设偏置电压的调节间隔，根据预设的偏置电压的调节间隔，对所述连续调相智能超表面上的各个超表面单元上反射的副反射电磁波的相位进行调节。本申请实施例第三方面提供一种基于连续调相智能超表面的通信系统，所述系统配置有本申请第二方面所述的基于连续调相智能超表面的通信装置，用于通信过程中电磁波的反射，获得指向可连续调节和指向精度可调的反射电磁波。本申请实施例提供了一种基于连续调相智能超表面的通信装置，包括：连续调相智能超表面，所述连续调相智能超表面由多个超表面单元在电路板上规则阵列排布组成，所述超表面单元由接地层、介质层、patch层、变容二极管以及焊盘组成；其中，所述patch层包括第一patch层和第二patch层；所述第一patch层和所述第二patch层通过所述变容二极管相连；所述第一patch层通过杆件穿过所述介质层与所述接地层连接，所述第二patch层通过杆件穿过所述介质层，并穿过所述焊盘；所述接地层连接接地导线，所述第二patch层的杆件在所述焊盘处连接接电导线，所述接地导线与所述接电导线分别接通电源的两极；所述连续调相智能超表面，用于根据反射电磁波的目标指向，反射电磁波的指向误差范围和反射电磁波的波束宽度，通过调节各个超表面单元的偏置电压，获得在所述连续调相智能超表面反射的目标反射电磁波；其中，所述目标反射电磁波为满足指向误差范围，满足波束宽度，并指向目标指向的反射电磁波。本申请的各个超表面单元上的反射电磁波的相位连续可调，相位精度可调，相位可连续调节的各个超表面单元上的反射电磁波叠加获得在连续调相智能超表面上的目标指向可连续调节，指向精度可调节的反射电磁波。附图说明...

【技术保护点】
1.一种基于连续调相智能超表面的超表面单元，所述超表面单元包括：/n接地层、介质层、patch层、变容二极管以及焊盘；其中，所述patch层包括第一patch层和第二patch层；/n所述第一patch层和所述第二patch层通过所述变容二极管相连；/n所述第一patch层通过杆件穿过所述介质层与所述接地层连接，所述第二patch层通过杆件穿过所述介质层，并穿过所述焊盘；/n所述接地层连接接地导线，所述第二patch层的杆件在所述焊盘处连接接电导线，所述接地导线与所述接电导线分别接通电源的两极。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于连续调相智能超表面的超表面单元，所述超表面单元包括：
接地层、介质层、patch层、变容二极管以及焊盘；其中，所述patch层包括第一patch层和第二patch层；
所述第一patch层和所述第二patch层通过所述变容二极管相连；
所述第一patch层通过杆件穿过所述介质层与所述接地层连接，所述第二patch层通过杆件穿过所述介质层，并穿过所述焊盘；
所述接地层连接接地导线，所述第二patch层的杆件在所述焊盘处连接接电导线，所述接地导线与所述接电导线分别接通电源的两极。


2.根据权利要求1所述的超表面单元，其特征在于，在所述电源的偏置电压为目标偏置电压时，所述超表面单元上的副反射电磁波的相位为目标相位，所述副反射电磁波为超平面上反射的反射电磁波；
其中，所述电源的偏置电压可连续变化，使得所述变容二极管的等效电容值连续变化，并使得在所述超表面单元上反射的副反射电磁波的反射系数连续变化，最终使得所述副反射电磁波的相位连续可调。


3.根据权利要求2所述的超表面单元，其特征在于，预设偏置电压的调节间隔，根据预设的偏置电压调节间隔，对所述超表面单元上反射的副反射电磁波的相位进行调节。


4.根据权利要求2所述的超表面单元，其特征在于，所述超表面单元上的副反射电磁波，由所述patch层反射的第一副反射电磁波和所述接地层反射的第二副反射电磁波叠加组成。


5.根据权利要求1所述的超表面单元，其特征在于，所述超表面单元的介质层表面形状为正方形，所述正方形长度低于所述超表面单元允许工作波长的半波长。


6.根据权利要求5所述的超表面单元，其特征在于，所述超表面单元的第一patch层和第二patch层表面为规则的几何图形，所述规则的几何图形面积低于所述超表面单元的介质层的面积的一半。


7.一种基于连续调相智能超表面的通信装置，其特征在于，所述通信装置包括：
指向确定模块，用于确定反射电磁波的目标指向，反射电磁波的指向误差范围和反射电磁波的波束宽度；
连续调相智能超表面，所述连续调相智能超表面由多个超表面单元在电...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋令阳，丛书畅，邸博雅，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11