【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线供电，具体涉及一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线及其控制方法。
技术介绍
1、随着第六代(6g)无线通信技术的不断进展，面临的技术挑战也日益增加，其中包括连续空间覆盖、混合近/远场波束形成、多用户定位/感知，以及全息多输入多输出(mimo)等问题。这些挑战的解决方案中，特别需要考虑到经济性和效能，其中高增益且成本效益高的波束导向天线尤为突出。相较于传统微带相控阵列，可重构微带反射阵列(ras)因其简化的供电网络设计和减少的无线接入点数量，展示出了在降低系统损耗和成本方面的显著优势。
2、如图1所示，可重构微带反射阵列(ras)利用控制元件(pin二极管等)调整微带天线表面的电磁特性，从而动态改变波束的方向和形状。这使得天线能根据不同通信需求灵活调整，实现高效的信号传输。现有技术中，对pin二极管的控制分为线控和光控。
3、线控架构的可重构微带反射阵列如图2、3所示，线控技术的原理基于通过物理导线直接传输能量，以实现对阵列单元的反射相位控制。该线控方式通过导线将控制信号传输到可调谐组件或材料以调整孔径场分布的方式，面临着包括导线布局复杂性增加在内的多项技术挑战。随着操作频率的提高，在高频应用中，元件间允许的几何间距变得更小，进而限制了在元件间布置导线的空间。例如，如果一个可重构微带反射阵列原本在特定的元件间距d下以频率f工作，当操作频率提高到f的m倍时，元件间距会按比例缩小到d/m。在极端情况下，可能会出现天线元素重叠或尺寸无限缩小的问题，同时，导线间距d趋向于零，表明在极高的频率
4、如图4所示，现有的光控技术主要利用激光信号来对pin二极管进行on和off操作：可重构微带反射阵列(ras)，通过光信号直接控制p-i-n二极管的导通与截止，以此改变天线阵列的工作状态或调整波束的方向。这种技术允许非接触式的远程控制，具有一定的灵活性和创新性。然而，光控技术在使用激光作为信号发射源时，面临着一些局限性和挑战。激光发射部分的设计和实现相对复杂，需要精确的定位和对光束的严格控制，以确保激光能准确照射到目标p-i-n二极管上。并且这种控制方式存在一个重要问题是，一束激光通常只能控制阵元(element)中的一个p-i-n二极管。在需要同时控制多个p-i-n二极管以实现复杂的波束形成和调整时，这种方法效率低下，难以同时满足高度集成和快速响应的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线及其控制方法。
2、第一方面，本专利技术提供一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其包括基板、天线阵列和rfid读写器。天线阵列安装在基板上，包括呈矩阵状排列的多个阵元。
3、所述的阵元包括层叠设置的微带反射层和信号接收层；微带反射层包括微带反射天线，以及控制微带反射天线的波束角度的一个或多个控制元件；
4、所述的信号接收层包括rfid芯片。rfid芯片上具有与控制元件一一对应的控制输出接口；rfid芯片的控制输出接口与对应的控制元件连接；使得rfid芯片能够独立控制所有控制元件的状态。每个rfid芯片均能够接收rfid读写器发出的射频信号。
5、作为优选，所述的rfid芯片上具有供电输出接口；供电输出接口连接至微带反射层，使得rfid芯片、微带反射层和控制元件形成回路。所述的rfid芯片利用rfid读写器发出的射频信号，进行自供电，并通过供电控制输出接口为微带反射层供电。
6、作为优选，所述的控制元件包括pin二极管和阻抗负载。pin二极管和阻抗负载串联在微带反射天线与rfid芯片的控制输出接口之间。不同控制元件的阻抗负载的阻抗大小不同。工作过程中，通过调节rfid芯片的各控制输出接口的输出信号，改变不同控制元件中pin二极管的通断状态，使微带反射天线接入不同的阻抗负载，改变微带反射天线的波束角度。
7、作为优选，所述的rfid读写器由微控制器控制；工作过程中，微控制器根据设定的目标波束角度，获取需要调节的阵元的序号，并控制rfid读写器向需要调节的阵元的rfid芯片发送对应的控制指令。使得rfid芯片通过pin二极管，将对应的微带反射天线的波束角度调节为目标波束角度。
8、作为优选，所述的信号接收层还包括rfid天线。rfid天线与rfid芯片的信号输入接口连接。rfid天线用于收集rfid读写器发出的射频信号，激活rfid芯片。
9、作为优选，所述的阵元还包括设置在微带反射层与信号接收层之间的gnd层；gnd层以及微带反射层、信号接收层的介质上开设有过线孔；rfid芯片与pin二极管、gnd层之间，rfid芯片与微带反射天线、gnd层之间的导线分别穿过对应的过线孔。
10、作为优选，所述的微控制器采用标签查询和抗碰撞算法控制rfid读写器与被控制的微带反射天线对应的rfid芯片建立通信。
11、作为优选，所述的rfid芯片的型号为em4325，具有三个数字i/o端口p1～p3；数字i/o端口p1～p3分别作为三个控制输出接口。工作过程中，rfid芯片将接收的射频信号转换为数字信号后，通过三个控制输出接口输出，控制三个pin二极管的通断状态。
12、作为优选，所述的rfid读写器发出的射频信号为特高频信号。
13、第二方面，本专利技术提供前述的智能微带反射阵天线的控制方法，其包括以下步骤：
14、步骤一、设定目标波束角度，微控制器根据设定的目标波束角度获取需要调节的阵元的序号，并通过标签查询和抗碰撞算法控制rfid读写器向需要调节的阵元发送对应的控制指令。
15、步骤二、阵元中的rfid天线收集rfid读写器发出的射频信号，rfid天线与rfid芯片的信号输入接口连接，rfid芯片利用rfid天线收集的射频信号，进行自供电，并通过供电控制输出接口为微带反射层供电(具体为控制元件供电)。
16、步骤三、rfid芯片根据接收到的射频信号，调节各控制输出接口的输出信号，改变不同控制元件中pin二极管的通断状态，使微带反射天线接入不同的阻抗负载，将对应的微带反射天线的波束角度调节为目标波束角度。
17、本专利技术具有的有益效果是：
18、1、本专利技术使用集成rfid芯片的阵元搭建的天线阵列，通过对rfid芯片进行无线控制，能够远距离对微带反射阵天线中的阵元进行调节，减少了对物理导线的依赖，增加了系统的灵活性、适用性和可扩展性。
19、2、本专利技术使用rfid芯片为阵元正常运作提供电源，无需外部布线供电，使每一个阵元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：包括基板(1)、天线阵列和RFID读写器(3)；天线阵列安装在基板(1)上，包括呈矩阵状排列的多个阵元(2)；
2.根据权利要求1所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的RFID芯片(5)上具有供电输出接口；供电输出接口连接至微带反射层(8)，使得RFID芯片(5)、微带反射层(8)和控制元件形成回路；所述的RFID芯片(5)利用RFID读写器(3)发出的射频信号，进行自供电，并通过供电控制输出接口为微带反射层(8)供电。
3.根据权利要求1所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的控制元件包括PIN二极管(10)和阻抗负载(11)；PIN二极管(10)和阻抗负载(11)串联在微带反射天线(4)与RFID芯片(5)的控制输出接口之间；不同控制元件的阻抗负载(11)的阻抗大小不同；工作过程中，通过调节RFID芯片(5)的各控制输出接口的输出信号，改变不同控制元件中PIN二极管(10)的通断状态，使微带反射天线接入不同的阻抗负载(11)，改变微带反
4.根据权利要求3所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的RFID读写器(3)由微控制器控制；工作过程中，微控制器根据设定的目标波束角度，获取需要调节的阵元(2)的序号，并控制RFID读写器(3)向需要调节的阵元(2)的RFID芯片(5)发送对应的控制指令；使得RFID芯片(5)通过PIN二极管(10)，将对应的微带反射天线(4)的波束角度调节为目标波束角度。
5.根据权利要求4所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的信号接收层(9)还包括RFID天线(6)；RFID天线(6)与RFID芯片(5)的信号输入接口连接；RFID天线(6)用于收集RFID读写器(3)发出的射频信号，激活RFID芯片(5)。
6.根据权利要求4所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的微控制器采用标签查询和抗碰撞算法控制RFID读写器(3)与被控制的微带反射天线(4)对应的RFID芯片(5)建立通信。
7.根据权利要求3所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的阵元(2)还包括设置在微带反射层(8)与信号接收层(9)之间的GND层；GND层以及微带反射层(8)、信号接收层(9)的介质上开设有过线孔(7)；RFID芯片(5)与PIN二极管(10)、GND层之间，RFID芯片(5)与微带反射天线(4)、GND层之间的导线分别穿过对应的过线孔(7)。
8.根据权利要求3所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的RFID芯片(5)的型号为EM4325，具有三个数字I/O端口P1～P3；数字I/O端口P1～P3分别作为三个控制输出接口；工作过程中，RFID芯片(5)将接收的射频信号转换为数字信号后，通过三个控制输出接口输出，控制三个PIN二极管(10)的通断状态。
9.根据权利要求1所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的RFID读写器发出的射频信号为特高频信号。
10.一种智能微带反射阵天线的控制方法，其特征在于：用于控制权利要求7所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，该控制方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：包括基板(1)、天线阵列和rfid读写器(3)；天线阵列安装在基板(1)上，包括呈矩阵状排列的多个阵元(2)；
2.根据权利要求1所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的rfid芯片(5)上具有供电输出接口；供电输出接口连接至微带反射层(8)，使得rfid芯片(5)、微带反射层(8)和控制元件形成回路；所述的rfid芯片(5)利用rfid读写器(3)发出的射频信号，进行自供电，并通过供电控制输出接口为微带反射层(8)供电。
3.根据权利要求1所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的控制元件包括pin二极管(10)和阻抗负载(11)；pin二极管(10)和阻抗负载(11)串联在微带反射天线(4)与rfid芯片(5)的控制输出接口之间；不同控制元件的阻抗负载(11)的阻抗大小不同；工作过程中，通过调节rfid芯片(5)的各控制输出接口的输出信号，改变不同控制元件中pin二极管(10)的通断状态，使微带反射天线接入不同的阻抗负载(11)，改变微带反射天线(4)的波束角度。
4.根据权利要求3所述的一种无线供电和无线控制的智能微带反射阵天线，其特征在于：所述的rfid读写器(3)由微控制器控制；工作过程中，微控制器根据设定的目标波束角度，获取需要调节的阵元(2)的序号，并控制rfid读写器(3)向需要调节的阵元(2)的rfid芯片(5)发送对应的控制指令；使得rfid芯片(5)通过pin二极管(10)，将对应的微带反射天线(4)的波束角度调节为目标波束角度。
5.根据权利要求4所述的一种无线供电和无线控制的...
【专利技术属性】
技术研发人员：武鹏德，沈煊昊，程瑜华，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学温州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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