[發(fā)明專利]一種可重構(gòu)電磁超表面偏置方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110278013.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN113098450B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹應(yīng)增;李璞初;任建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K3/3562
• 分類號(hào): H03K3/3562
• 代理公司: 西安吉順和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61238
• 代理人: 王大治

發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，具體是一種可重構(gòu)電磁超表面偏置方法，至少包括：可重構(gòu)電磁超表面單元和偏置電路單元構(gòu)成的陣面，其特征是：包括DAC模塊(9)、陣列底面單元(8)、陣列頂面單元(10)和Pin管(1)；陣列底面單元(8)和陣列頂面單元(10)通過引線和過孔連接。它以便可重構(gòu)電磁超表面偏置電路的簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)偏置線的數(shù)量從o?n²到o?n的，減少后端電路IO接口占用數(shù)量和減小偏置線對(duì)單元電磁特性的影響；減少了限流電阻的數(shù)量和位置，避免了限流電阻帶來的額外微波損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，具體是一種可重構(gòu)電磁超表面偏置方法。

技術(shù)背景

隨著第5代通信系統(tǒng)的逐步鋪開、IOT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用、智能制造與智慧城市等新場(chǎng)景的提出、無(wú)人機(jī)等新型無(wú)線終端的興起。人類社會(huì)對(duì)低成本、長(zhǎng)距離、高速率的無(wú)線通信設(shè)備需求日益增多。為了克服由空間衰減帶來的信號(hào)衰弱，高頻段微波通信對(duì)高增益波束可調(diào)天線系統(tǒng)的需求十分密切。近年來快速發(fā)展的數(shù)字電磁超表面技術(shù)，以低成本和高度的靈活性提供高增益波束掃描，將波束聚焦于某一方向上，追蹤用戶的位置以克服空間衰減。不僅可以有效克服空間衰減帶來的通信速率降低，同時(shí)為拓展空間信道、簡(jiǎn)化發(fā)射機(jī)架構(gòu)、增加用戶接入數(shù)、保密通信等新場(chǎng)景新應(yīng)用帶來可能。

數(shù)字電磁超表面通過在表面周期單元結(jié)構(gòu)上加入Pin管，通過外加偏置控制Pin管的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電磁超表面的功能自由可重構(gòu)。其中控制Pin管的偏置電路，可以用圖1所示的電路圖對(duì)其直流通路進(jìn)行描述。后端電路端口3通過輸出高低電平，經(jīng)過端口限流電阻2實(shí)現(xiàn)對(duì)Pin管1的控制。

將這樣的電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用于可重構(gòu)超表面設(shè)計(jì)中，一個(gè)典型的可重構(gòu)超表面單元頂層如圖2所示，底層如圖3所示，主要包括用于實(shí)現(xiàn)特定電磁功能的金屬結(jié)構(gòu)4、通孔5、Pin管2和控制Pin管的偏置線路6,通過偏置線路6通過通孔5將金屬結(jié)構(gòu)4和Pin管2連接起來，金屬結(jié)構(gòu)4和Pin管2是以陣面形式出，偏置線路6在陣列的一個(gè)單元中作為連接線。

用上述單元組成陣面后，其底面將布滿大量的偏置線路。如圖4所示，為一個(gè)16×16陣面底面偏置電路布線圖。一共256根偏置線6，需要同時(shí)占用256個(gè)后端控制電路的IO接口。這些偏置線路數(shù)量多，大量占用后端控制電路的IO端口，并且由于偏置線路過于密集而限制了陣面規(guī)模進(jìn)一步增大，底面電路大量存在的偏置線路也影響陣面單元的微波特性。

但是在現(xiàn)有數(shù)字電磁超表面設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要將陣面上的每一個(gè)單元偏置線引至陣面?zhèn)冗厑砗秃蠖丝刂齐娐废噙B。這就導(dǎo)致偏置線非常多且非常密集，難以規(guī)避上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可重構(gòu)電磁超表面偏置方法，以便可重構(gòu)電磁超表面偏置電路的簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)偏置線的數(shù)量從o-n²到o-n的，減少后端電路IO接口占用數(shù)量和減小偏置線對(duì)單元電磁特性的影響；減少了限流電阻的數(shù)量和位置，避免了限流電阻帶來的額外微波損耗。

本發(fā)明的目的是是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種可重構(gòu)電磁超表面偏置方法，至少包括：可重構(gòu)電磁超表面單元和偏置電路單元構(gòu)成的陣面，其特征是：包括DAC模塊(9)、陣列底面單元(8)、陣列頂面單元(10)和Pin管(1)；陣列底面單元(8)和陣列頂面單元(10)通過引線和過孔連接，其中陣列底面單元(8)包括：D觸發(fā)器(8-6)、VCC走線(8-1)、GND走線(8-2)、D端走線(8-3)、Q端走線(8-4)、Clk走線(8-5)，VCC走線(8-1)、GND走線(8-2)、D端走線(8-3)、Q端走線(8-4)、Clk走線(8-5)分別與D觸發(fā)器(8-6)的電源正端、電源負(fù)端、Clk端、D觸發(fā)端和Q輸出端電連接；所述的陣列頂面單元(10)包括左右兩塊金屬結(jié)構(gòu)(4)，左右兩塊金屬結(jié)構(gòu)(4)之間有間隔，間隔之間固定Pin管(1)，Pin管(1)的陽(yáng)極與帶有過孔(5)的金屬結(jié)構(gòu)(4)連接，Pin管(1)的陰極與連接有帶有過孔(5)的金屬結(jié)構(gòu)(4)連接電源正端VCC和電源負(fù)端GND的金屬結(jié)構(gòu)(4)連接，由底層的過孔(5)通過引線和端口限流電阻(2)連接到DAC模塊(9)的輸出端。