有源动态可调节的智能超表面设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种有源动态可调节的智能超表面设备，包括光伏板、隔离层、RIS层、充电控制模块、配电模块、储能模块、防雷模块、电力输出端口、和RIS控制器。本实用新型专利技术的优点在于将智能超表面设备与光伏自检有机结合，有效地解决了智能超表面设备的供电问题，并且本实用新型专利技术全部采用光伏清洁能源，大幅提高了能耗效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
有源动态可调节的智能超表面设备


[0001]本技术涉及无线通信领域，尤其是涉及有源动态可调节的智能超表面设备。

技术介绍

[0002]在无线通信的发展史上，我们一直重点关注的是通信的主体，也就是信源和信宿。所有技术的革新，都是在增强信源和信宿的能力上下功夫。对于信源和信宿之间使信号经历复杂的反射、折射、散射、绕射、穿透、干扰等的无线传播环境，我们一直束手无策，只能被动地去适应；通过增强基站和终端的能力、优化组网架构、高低频协同、增大发射功率、增加收发天线数、频选调度、多点协作、微站补盲等措施，克服无线信道的不确定性。
[0003]然而，在5G毫米波中，一丛树冠、几个行人、一场阴雨都会让5G毫米波的信号彻底“翻车”，更不要说城市中众多建筑物对5G毫米波的遮挡，即便是采用了信源和信宿增强技术，仍严重制约着5G的商用规模。为解决5G毫米波的无线传输问题，目前业界已研发出一种可重配的智能超表面设备（英文缩写：RIS，英文全称为：Reconfigurable Intelligence Surface），其采用信息超材料，可通过数字编码时间对里面人工原子状态的动态控制，从而实时操控电磁波，实现对入射电磁波包括频谱、相位、幅度、极化等多个维度的操控。大量试验已经证明，RIS的部署可以将用户吞吐量提升1~2倍，室外小区边缘覆盖提升3~4倍，室内覆盖提升约10dB，增益非常明显。
[0004]但是，目前的RIS设备是无源的，只能支持静态表面，难以实现动态编码和控制。若采用馈电模式，则能源使用效率又较低，成本也大幅增加，也限制了RIS设备的使用和发展。

技术实现思路

[0005]本技术目的在于提供有源动态可调节的智能超表面设备，能够有效解决RIS设备的供电问题，同时降低设备成本，促进RIS设备的发展进而保证5G的商用效果。
[0006]为实现上述目的，本技术采取下述技术方案：
[0007]本技术所述的有源动态可调节的智能超表面设备，包括光伏板、隔离层、RIS层、充电控制模块、配电模块、储能模块、防雷模块、电力输出端口、和RIS控制器；所述RIS层的上表面设置由所述光伏板；光伏板与RIS层之间设置有所述隔离层；光伏板与所述充电控制模块的输入端电连接；充电控制模块的输出端与所述配电模块的输入端电连接；配电模块的输出端分别与所述储能模块和所述防雷模块的输入端电连接；储能模块的输出端与输入端电连接；防雷模块的输出端通过所述电力输出端口与RIS控制器、RIS层供电。
[0008]进一步地，所述隔离层采用绝缘且低阻材料。
[0009]进一步地，所述光伏板多块级联，通过汇流电路与所述充电控制模块连接。
[0010]进一步地，所述电力输出端口能够与国家电网并网，还能够为所述有源动态可调节的智能超表面设备以外的设备供电。
[0011]进一步地，所述RIS控制器能够控制RIS层电磁单元的排列，以及采集光伏板、隔离层、RIS层、充电控制模块、配电模块、储能模块、防雷模块、电力输出端口的运行状态。
[0012]进一步地，所述防雷模块用于防止外部雷击和电力浪涌。
[0013]进一步地，所述有源动态可调节的智能超表面设备以外的设备包括照明设备、其他物联网设备。
[0014]本技术的优点在于将智能超表面设备与光伏组件有机结合，有效地解决了智能超表面设备的供电问题，并且本技术全部采用光伏清洁能源，大幅提高了能耗效率。
附图说明
[0015]图1是本技术设备的结构示意图。
[0016]图2是本技术中信息超材料的结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0018]如图1所示，为本技术所述的有源动态可调节的智能超表面设备，包括光伏板、隔离层、RIS层、充电控制模块、配电模块、储能模块、防雷模块、电力输出端口和RIS控制器。
[0019]2011年,意大利科学家费德里科
·
卡帕索（Federico Capasso）提出了超表面广义定律。随着相关理论和技术的成熟，在过去的十几年中，根据超表面广义定律研发的超材料已被广泛用于电磁波操纵，实现了许多激动人心的物理现象，如负折射、电磁黑洞和幻觉光学等等。
[0020]早期的超材料功能单一，只能按照固化的模式工作，不能实时调控电磁波，称之为模拟超材料。后来，超材料可通过数字编码实现对里面人工原子状态的动态控制，从而实时操控电磁波，叫做“信息超材料”。
[0021]信息超材料的基本结构如图2所示。其由一个个的人工原子排列而成，每一个人工原子（或者叫超原子）都可以由含有偏压二极管的微电路组成，在不同的电压下，每一个人工原子可以实现“ON”或者“OFF”等不同状态，对电磁波产生不同的响应。实际实现时，人工原子也可以采用PIN管、三极管、MEMS、石墨烯、温敏器件、光敏器件等其他材料。“ON”和“OFF”这两种状态，正好可以对应到信息世界的0和1，通过把这些单元配置为0或者1，超材料也就具备了动态编码的能力。
[0022]在不同的编码下，信息超材料可以通过反射形成不同形状的电磁波束，从而实现动态操控电磁波的目的。通过对信息超材料的深度设计，可以实现对入射电磁波多个维度的操控，包括频谱、相位、幅度、极化等等，这就为将其在移动通信中的应用创造了条件。
[0023]本专利技术中的RIS层即由可编程电磁单元排列构成，通过智能控制电路对电磁单元的指令，实现动态调整电磁波在无线环境中的传播路径，实现三维空间内无线信号传播特性的智能化重构。
[0024]在所述RIS层的上表面设置由光伏板，用于接收可见光通过光电效应产生电能。
[0025]在光伏板与RIS层之间设置由隔离层。隔离层能够避免RIS层不受光电效应的影
响。同时由于可见光的频率远高于通信电磁波的频率。将光伏板安装在RIS层上表面，拦截可见光，通过光电效应产生电能。而通信电磁波需穿过光伏板和隔离层进入到RIS层。因此，隔离层应采用绝缘且低阻的材料。
[0026]光伏板可进行多块级联，通过汇流电路将电能输出到充电控制模块，通过充电控制模块控制光伏层电能的转化过程。即光伏板与充电控制模块的输入端相连。
[0027]所述充电控制模块的输出端与配电模块的输入端电连接。配电模块的输出端分别与储能模块和防雷模块的输入端连接。同时储能模块的输出端与配电模块的输入端电连接。
[0028]即经过充电控制模块的电能可直接经配电模块为设备中的用电模块供电，同时多余的电能还可以通过配电模块存储到储能模块中，在夜晚或者可见光较弱的情况下，储能模块存储的电能将通过储能模块的输出端输出，有配电模块分配给设备中的用电模块。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源动态可调节的智能超表面设备，其特征在于：包括光伏板、隔离层、RIS层、充电控制模块、配电模块、储能模块、防雷模块、电力输出端口、和RIS控制器；所述RIS层的上表面设置由所述光伏板；光伏板与RIS层之间设置有所述隔离层；光伏板与所述充电控制模块的输入端电连接；充电控制模块的输出端与所述配电模块的输入端电连接；配电模块的输出端分别与所述储能模块和所述防雷模块的输入端电连接；储能模块的输出端与输入端电连接；防雷模块的输出端通过所述电力输出端口与RIS控制器、RIS层供电。2.根据权利要求1所述的有源动态可调节的智能超表面设备，其特征在于：所述隔离层采用绝缘且低阻材料。3.根据权利要求1所述的有源动态可调节的智能超表面设备，其特征在于：所述光伏板多块级联，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家京，冯霄鹏，张果，辛立峰，李威威，王衍娇，孙成虎，陈达伟，张叶卓，任永安，任永学，胡雅静，罗远源，王强，于艳芳，
申请(专利权)人：北京电信规划设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：