[發(fā)明專利]用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合算法的高增益電磁超表面單元

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• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111697343A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙遠(yuǎn);邵帥;杜國宏;孫筱楓
• 申請（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學(xué)
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;G06F30/27
• 代理公司: 成都禾創(chuàng)知家知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51284
• 代理人: 裴娟

本發(fā)明公開了一種用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合算法的高增益電磁超表面單元，在介質(zhì)基板上設(shè)有金屬層，金屬層結(jié)構(gòu)為：具有方形框，在方形框內(nèi)部相對的兩邊分別具有結(jié)構(gòu)相同的第一長枝節(jié)和第二長枝節(jié)，第一長枝節(jié)和第二長枝節(jié)都為方形且對稱設(shè)置；在方形框內(nèi)部相對的另外兩邊分別具有結(jié)構(gòu)相同的第一短枝節(jié)和第二短枝節(jié)，第一短枝節(jié)和第二短枝節(jié)都為方形且對稱設(shè)置；第一長枝節(jié)和第二長枝節(jié)之間的距離短于第一短枝節(jié)和第二短枝節(jié)的距離；若干個具有金屬層的介質(zhì)基板堆疊且每個具有金屬層的介質(zhì)基板之間具有一定間距。本發(fā)明電磁表面經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法擬合后實現(xiàn)降低相位到尺寸變換過程中的誤差，提高天線的增益，降低天線的副瓣的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁超表面結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別是一種用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合算法的高增益電磁超表面單元。

背景技術(shù)

新型人工電磁材料是由一系列具有特定結(jié)構(gòu)的亞波長單元以周期或者非周期的方式構(gòu)成，不同單元結(jié)構(gòu)和不同空間排列方式?jīng)Q定了電磁材料的物理特性。人工電磁表面作為二維形式的人工電磁材料能夠通過調(diào)控電磁波的幅度、相位、極化方式或者傳播模式來實現(xiàn)對波束的控制，具有結(jié)構(gòu)簡單，損耗較小等優(yōu)勢。近年來隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，5G技術(shù)的逐漸商用，人們對天線性能的要求越來越高，人工電磁表面的提出一方面豐富了天線的類型，另一方面，也為突破傳統(tǒng)天線性能的瓶頸提供了新的思路。

人工電磁表面可以改變饋源天線的方向圖，將天線放置在距離人工電磁表面一定距離的位置組成一套完整的天線系統(tǒng)，天線系統(tǒng)可以對照射到人工電磁表面的電磁波進(jìn)行控制，實現(xiàn)波束優(yōu)化，聚焦甚至極化控制。人工電磁表面主要有兩種方式，一種是反射型人工電磁表面，另一種是透射型人工電磁表面，這兩種人工電磁表面雖然結(jié)構(gòu)相似，但是在原理和設(shè)計難度方面有著比較大的差別。人工電磁表面主要充當(dāng)?shù)氖歉淖兿辔坏淖饔茫徊贿^一種是將電磁波反射回來產(chǎn)生特定的波形，另一種是將電磁波透過電磁表面產(chǎn)生所需要的波形，這兩種在學(xué)術(shù)界都有廣泛的研究。可以把反射型人工電磁表面當(dāng)作反射面天線的平面化變形，透射型人工電磁表面當(dāng)作透鏡天線的平面化變形，這兩種形式的人工電磁表面各有優(yōu)略，首先對于反射型人工電磁表面來說，在設(shè)計單元的時候只需要考慮單元的移相特性，因為表面底部是金屬板可以完全反射電磁波，這大大降低了單元的設(shè)計難度，如果單元的頻率和天線系統(tǒng)的操作頻率不匹配，對于天線性能的影響很小，即使是最糟糕的情況反射波也和原來的饋源天線具有相似的波束形狀。但是反射型人工電磁表面的缺點是會由于饋源遮擋影響天線性能。透射型人工電磁表面從根本上解決了這個問題，因為電磁波是透過單元形成波束，因此從根本上解決了饋源遮擋的問題。但是透射型人工電磁表面的主要問題就是單元本身的厚度相比于反射型單元要厚，另一方面在設(shè)計的時候要額外考慮透射幅度的影響，因為即使單元的相位變化滿足要求，如果透射幅度不達(dá)標(biāo)的話同樣會影響整個天線系統(tǒng)的功能，如果單元的頻率和天線系統(tǒng)的工作頻率不匹配的話，入射的電磁波將全部反射回來，導(dǎo)致無法通過電磁表面，這也是透射型人工電磁表面單元相比于反射型人工電磁表面單元在設(shè)計難度上更高的原因。

現(xiàn)階段的擬合方法是通過將單元的相位和尺寸變化曲線數(shù)據(jù)提取出來，然后基于傳統(tǒng)擬合算法進(jìn)行擬合計算，并且計算出相位和尺寸的近似擬合表達(dá)式，然后根據(jù)相位補償理論計算出人工電磁表面各個位置的相位分布進(jìn)而求出每個單元的尺寸分布，但是由于擬合表達(dá)式和真實的相位尺寸曲線之間的誤差較大導(dǎo)致最終形成的人工電磁表面產(chǎn)生的波束增益較低，副瓣較高，導(dǎo)致最終天線的性能不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合算法的高增益電磁超表面單元，降低相位到尺寸變換過程中的誤差，提高天線的增益，降低天線的副瓣。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：