一种相位可连续调控的大带宽智能反射面制造技术

本发明专利技术公开了一种相位可连续调控的大带宽智能反射面，涉及无线通信网络领域，特别涉及专门适用于无线通信网络的设备、接入点设备，包括：设计相位可连续调控的大带宽智能反射面单元，通过改变智能反射面单元结构中变容二极管两侧的电压值，从而在保证智能反射面单元的插入损耗低的条件下实现连续调控相位，利用电磁仿真软件优化其几何参数并输出设计模型的电磁响应；基于设计的单元模型进行宽带智能反射面面板的总体设计，包括由多个相位可连续调控的大带宽智能反射面单元组成的主面板，和连接外部馈电设备和主面板的控制面板。和连接外部馈电设备和主面板的控制面板。和连接外部馈电设备和主面板的控制面板。

【技术实现步骤摘要】
一种相位可连续调控的大带宽智能反射面


[0001]本专利技术涉及无线通信网络领域，特别涉及专门适用于无线通信网络的设备、接入点设备，一种对入射电磁波相位可以进行连续调控，且调控带宽范围大的智能反射面。

技术介绍

[0002]移动数据的爆炸性增长和对更高数据速率需求的不断增加，推动着无线通信技术的进步。在即将到来的第五代(5G)无线网络中，网络容量有望实现千倍的增长,能源效率也预计将提高几个数量级。但是，5G的关键技术如大规模MIMO和毫米波对信号处理方案和硬件设施的要求度很高。因此，为了实现无线网络中更高的数据速率和效率，一个低成本、处理简单、可续性发展的改进方案是至关重要的，智能反射面(Intelligent Reflected Surface)在这种大趋势下应运而生。
[0003]可重构智能反射面可以通过其大量低成本无源元件对撞击信号的幅度和相移进行整形，从而实现重新配置无线传播环境的功能，因此可以显著提高无线通信覆盖范围、网络吞吐量和能源效率。这种新兴技术凭借集成多独立无源反射器件，实现可调信号的反射相位和可产生理想多路径效应，成为绿色网络覆盖/容量增强的重要候选技术。而且可重构智能反射面工作在全双工(FD)模式下，没有任何天线噪声放大和自干扰，因此优于传统的有源继电器。
[0004]宽带通信具有大系统容量、覆盖范围灵活、高业务速率支撑能力的特点，而宽带智能反射面接入无线通信系统不仅可以辅助大带宽的通信应用，大幅提高系统吞吐量，还可以囊括需要在多个不同频段下工作的智能反射面设计方案，从而简化部署的难度，节约多重部署带来的成本。而目前已知所知关于智能反射面的设计现场试验都局限于很窄的频域带宽中，因此现有智能反射面的硬件设计方案存在改进的必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种相位可连续调控的大带宽智能反射面，可以通过改变智能反射面单元结构中变容二极管两侧的电压值，从而在保证智能反射面单元的插入损耗低的条件下实现连续调控相位。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种相位可连续调控的低损耗大带宽智能反射面，主面板由20
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15个智能反射面单元周期排列构成，每个智能反射面单元由外部控制面板提供不同的直流馈电信号，从而对入射电磁波进行反射相位的连续控制；
[0008]本专利技术设计了五层智能反射面单元结构，由第一层金属层、第二层介质基板层、第三层金属层、第四层介质基板层与第五层金属层组成；
[0009]本专利技术所述的智能反射面单元第一层包含两个方向相反的T字形铜制金属贴片，其中T字形顶边长度为12mm、宽度为0.5mm；竖边长度为4.6mm、宽度为0.9mm。两个所述T字形贴片采用对称方式放置于金属层上，并使用变容二极管相连接，以所述第一层的中心为原
点，将所述变容管的连接方向设定为直角坐标系的x轴，以垂直于所述x轴的连接方向作为y轴。其中，变容二极管选型为MAVR0
‑
000120
‑
1411；
[0010]本专利技术所述的智能反射面单元第二层是尺寸为19mm
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19mm的介质基板层，厚度为2.2mm，材料为聚四氟乙烯(f4b)。聚四氟乙烯材料的相对电容率为2.65，相对磁导率为1，介质损耗角正切值为0.01，质量密度为1700kg/m^3。该层位于第一层金属层下方与第三层金属层上方；
[0011]本专利技术所述的智能反射面单元第三层是尺寸为19mm
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19mm的金属层。该层包含沿x轴方向和沿y轴方向分别对称的折叠偶极子铜制金属贴片，各方向分别由宽度为0.12mm的铜制贴片制成；
[0012]本专利技术所述的智能反射面单元第四层是尺寸为19mm
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19mm的介质基板层，厚度为2mm，材料为聚四氟乙烯(f4b)，与第二层介质基板层相同。该层位于第三层金属层下方与第五层金属层上方；
[0013]本专利技术所述的智能反射面单元第五层是尺寸为19mm
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19mm的金属层，包含一层全覆盖的方形铜制金属贴片；
[0014]本专利技术所述的智能反射面单元变容二极管位于第一层金属层两个反向对称的T字形铜制金属贴片之间。通过外部直流馈电，更改变容二极管的容值，从而控制智能反射面单元相位的变化；
[0015]本专利技术所述的智能反射面由智能反射面主面板和控制面板组成，主面板由15
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20个周期排布的智能反射面单元组成，其中沿x轴排布15个智能反射面单元，沿y轴排布20个智能反射面单元；控制面板部分由16条直流偏置线和16个直流馈电端口组成，通过外部控制系统进行直流电压馈电即可控制主面板智能反射面单元的反射响应；
[0016]本专利技术所述的智能反射面y轴上相邻智能反射面单元第一层金属层的金属贴片采用同一直流偏置线连接，通过直流电压源对整行20个变容二极管进行馈电，以节约制版成本和降低控制端的复杂度；
[0017]本专利技术所述的智能反射面中15行智能反射面单元与15条直流偏置线相连接，16条直流偏置线和16个直流馈电端口相连接，1条直流偏置线和1个接地端口相连接，直流馈电端口由16个贯通的金属通孔组成，通孔沿x轴排列，每个通孔之间的距离以外部控制端连接线的型号为准。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术提出的一种相位连续调控的低损耗大带宽智能反射面可以在550MHz的带宽范围内实现对入射电磁波相位的连续调控。
[0020]本专利技术的智能反射面中包含的智能反射面单元相位调控的绝对带宽范围为5.50GHz
‑
6.05GHz,相对带宽为11.2％。
[0021]本专利技术的智能反射面中包含的智能反射面单元控制变容二极管两端的偏置电压足以在带宽范围内实现至少3
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b it的相位调控，相位差至少达到315度，同时该智能反射面在所述带宽范围内的归一化反射幅度大于0.75。
附图说明
[0022]图1是本专利技术设计的宽带智能反射面单元的拓扑示意图；
[0023]图2是本专利技术设计的宽带智能反射面单元的第一层金属层示意图；
[0024]图3是本专利技术设计的宽带智能反射面单元的第三层金属层示意图；
[0025]图4是本专利技术设计的宽带智能反射面单元反射系数的归一化幅度随频率变化的趋势图；
[0026]图5是本专利技术设计的宽带智能反射面单元反射系数的相位随频率变化的趋势图；
[0027]图6是本专利技术设计的宽带智能反射面面板的拓扑示意图。
具体实施方式
[0028]本专利技术应用的系统架构或场景
[0029]本专利技术应用场景主要在B5G/6G下一代无线通信网络中，为了应对大规模活动节点的部署、增强网络覆盖和容量，通过智能反射面重构无线信道解决衰落和干扰问题。而大带宽的智能反射面不仅可以进一步提升网络吞吐量，还可以囊括多个窄带反射面部署，节约成本和简化设计过程。
[0030]因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相位可连续调控的大带宽智能反射面，其特征在于，所述智能反射面包括：多个相位可连续调控的大带宽智能反射面单元周期排列所构成主面板，其中每个智能反射面单元由外部控制面板提供不同的直流馈电信号，从而对入射电磁波进行反射相位的连续控制，实现达到反射相位变化要求的频带范围大同时保持较低的反射插入损耗。2.根据权利要求1所述的智能反射面单元为五层结构，由两层介质基板和三层金属组成；第一层为金属层，包含两个方向相反的T字形铜制金属贴片，两个所述贴片使用变容二极管相连接，以所述第一层的中心为原点，将所述变容管的连接方向设定为直角坐标系的x轴，以垂直于所述x轴的连接方向作为y轴；第二层为介质基板层；第三层为金属层，包含沿x轴方向和沿y轴方向的折叠偶极子型铜制金属贴片；第四层为介质基板层；第五层为金属层，包含一层全覆盖的方形铜制金属贴片；通过改变第一层金属层中变容二极管两侧的电压值，使得智能反射面单元的插入损耗范围和相位变化范围。3.根据权利要求2所述的智能反射面单元，其特征在于，变容二极管位于第一层金属层两个方向相反的T字形铜制金属贴片之间，通过外部直流馈电更改变容二极管的容值，从而控制智能反射面单元相位的变化。4.根据权利要求2所述的智能反射面单元，其特征在于，通过调节单元周...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿涛，柳源，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：