集成太阳能电池的有源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集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面，包括反射表面主体单元、RIS控制器和控制电路板，其中，反射表面主体单元包括第一反射元件层、半导体晶体层、贴片电感层、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多个反射式放大器和多个相移电路，RIS控制器能够控制反射式放大器来调整反射元件单元上入射信号的幅度，以及通过控制相移电路来调整反射元件单元上入射信号的相位；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。本发明专利技术利用太阳能实现绿色RIS，解决了有源RIS的供电问题，能够减轻由其辅助的通信网络的能耗和对电力系统的依赖。电力系统的依赖。电力系统的依赖。

【技术实现步骤摘要】
集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面


[0001]本专利技术属于材料及通信
，具体涉及对集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面的结构设计。

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
‑
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通常由大量精心设计的电磁单元排列而成，利用RIS控制器以可编程的方式对空间电磁波进行智能控制，从而可以改变电磁波的相位、幅度、极化和频率等参数，有望突破获取准确的信道状态信息用于相位控制。然而，有源RIS既可以改变入射信号的相位，也能够放大其幅度，从而被认为是6G的关键使能技术之一。然而，当有源RIS的反射元件单元数目庞大的时候，其耗电量也是一大问题，这会直接影响有源RIS的商业化部署。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面的结构设计。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术的一个方面提供了一种集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面，包括反射表面主体单元、RIS控制器和控制电路板，其中，
[0006]所述反射表面主体单元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、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RIS控制器连接至所述控制电路板，所述控制电路板上集成有多个反射式放大器和多个相移电路，所述RIS控制器能够控制所述反射式放大器来调整所述第一反射元件单元上入射信号的幅度，以及通过控制所述相移电路来调整所述第一反射元件单元上入射信号的相位；
[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实时向所述反射式
放大器和所述RIS控制器供电。
[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，所述控制电路板上还设置有蓄电池，所述蓄电池用于存储所述太阳能电池产生的电能并在所述太阳能电池停止工作时向所述RIS控制器供电。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述第一反射元件层上的每个辐射贴片上均连接有一个反射式放大器和一个相移电路。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述第一反射元件层上的每个辐射贴片连接有一个相移电路，所述第一反射元件层上的多个辐射贴片同时连接至一个反射式放大器。
[0013]本专利技术的另一方面提供了一种集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面，包括反射表面主体单元、RIS控制器和控制电路板，其中，
[0014]所述反射表面主体单元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；
[0015]所述混合RIS控制器连接至所述控制电路板，所述控制电路板上集成有多个反射式放大器和多个相移电路，所述RIS控制器能够控制所述反射式放大器来调整所述第二反射元件单元上入射信号的幅度，以及通过控制所述相移电路来调整所述第二反射元件单元上入射信号的相位；
[0016]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RIS控制器和所述控制电路板实时供电。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述薄膜太阳能电池自上而下依次包括第一ZnO层、非晶硅层和第二ZnO层。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述控制电路板上还设置有蓄电池，所述蓄电池用于存储所述太阳能电池产生的电能并在所述太阳能电池停止工作时向所述RIS控制器供电。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述第二反射元件层上的每个辐射贴片上均连接有一个反射式放大器和一个相移电路。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述第二反射元件层上的每个辐射贴片连接有一个相移电路，所述第二反射元件层上的多个辐射贴片同时连接至一个反射式放大器。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面，利用太阳能实现绿色RIS，能够有效解决有源RIS的供电问题，减轻了由它辅助的通信网络的能耗和对电力系统的依赖，进一步奠定了有源RIS在未来6G中的地位。
[0023]2、反射元件层的光学透明度至关重要，直接影响着有源RIS的辐射效率和太阳能电池的效率。本专利技术的反射元件层采用透明导电氧化物，具有较高的透光性，有效减少了辐射贴片对太阳能电池板的遮挡，保障太阳能电池板能够完全的暴露在光照下，对太阳能电池的发电量影响最小。
[0024]3、本专利技术使用反射元件层、半导体晶体层和金属背板构成太阳能电池，降低成本并减小整个有源RIS的体积，使其更易于部署和商用。此外，采用非晶硅薄膜作为太阳能电池，更进一步简化了太阳能电池板。
[0025]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例提供的一种集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例提供的一种反射表面主体单元的结构示意图；
[0028]图3是本专利技术实施例提供的一种控制电路板的结构示意图；
[0029]图4是本专利技术实施例提供的另一种控制电路板的结构示意图；
[0030]图5是本专利技术实施例提供的一种动态混合可重构智能反射表面辅助通信系统的工作原理示意图；
[0031]图6是本专利技术实施例提供的另一种反射表面主体单元的结构示意图；
[0032]图7是本专利技术实施例提供的一种非晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图。
[0033]附图标记说明：
[0034]1‑
反射表面主体单元；11
‑
第一反射元件层；12
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成太阳能电池的有源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)、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)、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RIS控制器(2)连接至所述控制电路板(3)，所述控制电路板(3)上集成有多个反射式放大器(31)和多个相移电路(32)，所述RIS控制器(3)能够控制所述反射式放大器(32)来调整所述第一反射元件单元上入射信号的幅度，以及通过控制所述相移电路(33)来调整所述第一反射元件单元上入射信号的相位；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)的光转换为电能以实时向所述反射式放大器(32)和所述RIS控制器(3)供电。2.根据权利要求1所述的集成太阳能电池的有源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所述的集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面，其特征在于，所述控制电路板(3)上还设置有蓄电池，所述蓄电池用于储存所述太阳能电池产生的电能并在所述太阳能电池停止工作时向所述RIS控制器(3)供电。4.根据权利要求1所述的集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面，其特征在于，所述第一反射元件层(11)上的每个辐射贴片上均连接有一个反射式放大器(31)和一个相移电路(32)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的集成太阳能电池的有源可重构智能反射表面，其特征在于，所述第一反射元件层(11)上的每个辐射贴片连接有一个相移电路(32)，所述第一反射元件层(11)上的多个辐...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿，董海月，石光明，吴崇远，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：