基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面制造技术

本发明专利技术公开了一种基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，包括反射表面主体单元、混合RIS控制器和控制电路板，其中，所述反射表面主体单元包括自上而下依次包括第一反射元件层、半导体晶体层、贴片电感层和第一金属背板，第一反射元件层上设置有多个辐射贴片；控制电路板上集成有交换网络单元、多个有源链路单元和多个无源链路单元，混合RIS控制器用于控制交换网络单元将多个第一反射元件单元中任一个选择性地连接至有源链路单元或无源链路单元；第一反射元件层、半导体晶体层和第一金属背板构成太阳能电池，能够将入射到第一反射元件层的光转换为电能。本发明专利技术通过交换网络单元能够动态调整有源反射元件单元和无源反射元件单元的位置和数量。无源反射元件单元的位置和数量。无源反射元件单元的位置和数量。

【技术实现步骤摘要】
基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面。

技术介绍

[0002]预期未来十年通信网络容量千倍增长，无处不在的无线连接成为现实，但是高度复杂的网络，高成本的硬件和日益增加的能源消耗将会是未来无线通信面临的关键问题。比如说，5G的关键技术中的大规模MIMO和超密集组网，由于部署大量的基站和天线增加了硬件成本和能耗；频谱从sub
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6G到毫米波，太赫兹的扩展需要更复杂的信号处理和更昂贵的耗能硬件。就目前而言，太阳能光伏发电产业制作工艺不断的改良精进，规模不断的扩大，商业化进程不断的加快。然而，将取之不尽用之不竭的绿色环保的太阳能应用到现有的通信网络中用来降低能耗，使设备小型化成为未来的大趋势。此外，随着人工智能的快速发展，无线网络从技术，设备等方面越发的智能化，由此引发了大批学者对无线环境的不可控而导致的通信性能的限制和服务质量的下降的深入思考，从而提出了一种近乎无源的，低成本，低能耗，易部署且新颖独特的技术——可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)。
[0003]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，到达提升通信系统整体性能的目的，成为6G无线通信系统的潜在关键技术之一。现有的RIS大部分都是采用纯无源结构。然而，纯无源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而言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。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，与此同时，有源RIS也引入了难以忽略的动态噪声。采用混合有源/无源反射元件的RIS，相比较纯无源RIS能实现更好的性能增益。相比有源RIS能降低系统的整体噪声和成本。然而，采用混合了有源/无源反射元件的RIS中的有源反射元件需要进行供电。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题是为动态混合架构的RIS供电，减少成本和能源消耗以及降低空间资源的占用，为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术提供了一种基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，包括反射表面主体单元、混合RIS控制器和控制电路板，其中，
[0006]所述反射表面主体单元包括自上而下依次包括第一反射元件层、半导体晶体层、贴片电感层和第一金属背板，所述第一反射元件层上设置有规则排列的多个辐射贴片以形
成多个第一反射元件单元；
[0007]所述控制电路板上集成有交换网络单元、多个有源链路单元和多个无源链路单元，所述混合RIS控制器连接至所述控制电路板，用于控制所述交换网络单元将所述多个第一反射元件单元中任一个选择性地连接至所述有源链路单元或所述无源链路单元，以将当前所述第一反射元件单元形成有源反射元件单元或无源反射元件单元；
[0008]所述第一反射元件层、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第一反射元件层的光转换为电能以向所述混合RIS控制器和所述控制电路板供电。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述第一反射元件层为设置在所述半导体晶体层上表面的环状辐射贴片；或者为透明导电材料形成的辐射贴片。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述交换网络单元中包括多个选择开关，所述选择开关的一端连接至一个所述第一反射元件层，另一端能够在所述混合RIS控制器的控制下选择性地连接至所述有源链路单元或所述无源链路单元，以将当前所述第一反射元件单元动态转换为有源反射元件单元或无源反射元件单元。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述有源链路单元包括第一相移电路、反射式放大器和电源供应模块，其中，
[0012]所述第一相移电路用于在所述混合RIS控制器的控制下改变到达当前有源反射元件单元的入射信号相位；
[0013]所述反射式放大器用于在所述混合RIS控制器的控制下改变到达当前有源反射元件单元的入射信号幅度；
[0014]所述电源供应模块用于储存所述太阳能电池产生的电能以用于向所述混合RIS控制器和所述控制电路板供电。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述无源链路单元包括第二相移电路，所述第二相移电路用于在所述混合RIS控制器的控制下改变到达当前无源反射元件单元的入射信号相位。
[0016]本专利技术的另一方面提供了一种基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，包括反射表面主体单元、混合RIS控制器和控制电路板，其中，
[0017]所述反射表面主体单元包括自上而下依次包括第二反射元件层、玻璃基板、薄膜太阳能电池和第二金属背板，所述第二反射元件层上设置有规则排列的多个辐射贴片以形成多个第二反射元件单元；
[0018]所述控制电路板上集成有交换网络单元、多个有源链路单元和多个无源链路单元，所述混合RIS控制器连接至所述控制电路板，用于控制所述交换网络单元将所述多个第二反射元件单元中任一个选择性地连接至所述有源链路单元或所述无源链路单元，以将当前所述第二反射元件单元形成有源反射元件单元或无源反射元件单元；
[0019]所述薄膜太阳能电池能够将入射到所述第二反射元件层的光能转换为电能，以向所述混合RIS控制器和所述控制电路板供电。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述薄膜太阳能电池自下而上依次包括第一ZnO层、非晶硅层和第二ZnO层。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述交换网络单元中包括多个选择开关，所述选择开
关的一端连接至一个所述第二反射元件层，另一端能够在所述混合RIS控制器的控制下选择性地连接至所述有源链路单元或所述无源链路单元，以将当前所述第二反射元件单元动态转换为有源反射元件单元或无源反射元件单元。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述有源链路单元包括第一相移电路、反射式放大器和电源供应模块，其中，
[0023]所述第一相移电路用于在所述混合RIS控制器的控制下改变到达当前有源反射元件单元的入射信号相位；
[0024]所述反射式放大器用于在所述混合RIS控制器的控制下改变到达当前有源反射元件单元的入射信号幅度；
[0025]所述电源供应模块用于储存所述太阳能电池产生的电能以用于向所述混合RIS控制器和所述控制电路板供电。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述无源链路单元包括第二相移电路，所述第二相移电路用于在所述混合RIS控制器的控制下改变到达当前无源反射元件单元的入射信号相位。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，其特征在于，包括反射表面主体单元(1)、混合RIS控制器(2)和控制电路板(3)，其中，所述反射表面主体单元(1)自上而下依次包括第一反射元件层(11)、半导体晶体层(12)、贴片电感层(13)和第一金属背板(14)，所述第一反射元件层(11)上设置有规则排列的多个辐射贴片以形成多个第一反射元件单元；所述控制电路板(3)上集成有交换网络单元(31)、多个有源链路单元(32)和多个无源链路单元(33)，所述混合RIS控制器(2)连接至所述控制电路板(3)，用于控制所述交换网络单元(31)将所述多个第一反射元件单元中任一个选择性地连接至所述有源链路单元(32)或所述无源链路单元(33)，以将当前所述第一反射元件单元形成有源反射元件单元或无源反射元件单元；所述第一反射元件层(11)、所述半导体晶体层(12)和所述第一金属背板(14)构成太阳能电池，所述太阳能电池能够将入射到所述第一反射元件层(11)的光转换为电能以向所述混合RIS控制器(2)和所述控制电路板(3)供电。2.根据权利要求1所述的基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，其特征在于，所述第一反射元件层(11)为设置在所述半导体晶体层(12)上表面的环状辐射贴片；或者为透明导电材料形成的辐射贴片。3.根据权利要求1所述的基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，其特征在于，所述交换网络单元(31)中包括多个选择开关，所述选择开关的一端连接至一个所述第一反射元件单元，另一端能够在所述混合RIS控制器(2)的控制下选择性地连接至所述有源链路单元(32)或所述无源链路单元(33)，以将当前所述第一反射元件单元动态转换为有源反射元件单元或无源反射元件单元。4.根据权利要求3所述的基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，其特征在于，所述有源链路单元(32)包括第一相移电路(321)、反射式放大器(322)和电源供应模块(323)，其中，所述第一相移电路(321)用于在所述混合RIS控制器(2)的控制下改变到达当前有源反射元件单元的入射信号相位；所述反射式放大器(322)用于在所述混合RIS控制器(2)的控制下改变到达当前有源反射元件单元的入射信号幅度；所述电源供应模块(323)用于储存所述太阳能电池产生的电能以用于向所述混合RIS控制器(2)和所述控制电路板(3)供电。5.根据权利要求3或4所述的基于太阳能自供电的动态混合可重构智能反射表面，其特征在于，所述无源链路单元(33)包括第二相移电路(331)，所述第二相移电路(331)用于在所述混合RIS控制器(2)的控制下改变...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿，董海月，石光明，赖慧芝，高露，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：