[發明專利]一種光驅動的智能超表面控制裝置

在審

• 申請號: 202111355038.7
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN114070410A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 楊會平;章秀銀;曾昕菟;毛春旭
• 申請（專利權）人: 華南師范大學;華南理工大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/54;H04B10/29;H04B7/145
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明公開了一種光驅動的智能超表面控制裝置，將壓控變容二極管集成到智能超表面的陣列子單元中，因此通過改變壓控變容二極管的電壓值，超表面每個陣列子單元即可實現連續的相位補償。在此基礎上，增加可調光源陣列模塊、光電轉換模塊、電壓放大模塊，使得壓控變容二極管的控制電壓由光信號的強度控制，因此，可以實現對電磁波傳輸信道即智能超表面的非接觸式光驅動控制。同時，由于光強度可調范圍寬，本發明可以很方便地實現高精度、寬范圍的電磁波束信道管理。此外，由于避免使用DA(數模)器件等價格較高的元器件，本發明能夠很好地降低了對智能超表面進行控制的成本。

技術領域

本發明屬于智能超表面陣列天線輔助通信技術領域，更為具體地講，涉及一種光驅動的智能超表面控制裝置。

背景技術

智能超表面是一種具有可編程電磁特性的人工復合超材料，由反射面陣列構成。它能夠突破傳統發射機與接收機之間傳輸信道不可操控的限制，在三維空間中對電磁信號傳輸方向進行動態調控，實現主動地控制無線傳播環境，構建智能可編程無線環境新范式。

智能超表面的控制被認為是實現其性能指標的關鍵技術之一。目前常用的智能超表面控制方式主要電信號控制為主，即在智能超表面的陣列子單元中嵌入PIN二極管、變容二極管或者MEMS開關等電信號控制器件，實現對智能超表面的陣列子單元補償相位的動態調制，但這種控制方式存在以下不足：

①控制信號產生電路復雜

對于PIN管和MEMS開關等一類通過改變智能超表面的陣列子單元延遲線長度的電控制方式，延遲線變化狀態越多對于整個智能超表面的電磁波束操控能力也越強。同時，需要嵌入的PIN管或MEMS開關也越多，對需要集成成百上千個子單元的智能超表面而言，其控制信號產生電路極為繁雜。對于變容二極管等通過改變智能超表面的陣列子單元諧振頻率的電控制方式，雖然每個陣列子單元可以實現連續的相位補償，但是需要嵌入專門的DAC器件，因此，實現智能反射面所有子單元連續、精準控制的成本較高。

②需要專門的連接線路

由于控制信號的產生電路復雜，因此，在實際應用場景中，控制信號電路通常制作成一塊專門的電路板，然后通過物理導線與智能反射面相連，那么此種控制方式難以適合智能超表面的非接觸式應用環境。

圖1是基于DAC方案的智能超表面控制裝置的原理示意圖。

如圖1所示，需要控制一個包含256個子單元的智能超表面反射陣列，FPGA輸出數字信號的256路陣列子單元控制電壓到DAC，DAC采用TI公司型號為DAC3483的DA器件，一個DA器件可以復用四路，所以256路需要64個DA器件。該方案主要問題是由于采用30V的高壓DA器件，單價昂貴，一個DA價格高達450元，這樣就數模轉換而言，就需要64×450＝28800，成本較高。此外，每一路都需要物理導線與智能反射面的一個陣列子單元連接，難以適合智能超表面的非接觸式應用環境。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種光驅動的智能超表面控制裝置，在實現智能超表面陣列子單元相位補償連續可調，保證較高地傳輸信道調制精度的同時，降低成本，實現非接觸控制，以適合非接觸式應用場景。

為實現上述目的，本發明光驅動的智能超表面控制裝置，包括

由多個陣列子單元構成的智能超表面；

多個壓控變容二極管，每個壓控變容二極管集成在智能超表面的每個子陣列單元中，通過電壓改變壓控變容二極管的電容值即可改變智能超表面陣列子單元的諧振頻率，實現不同的相位補償角，達到對傳輸電磁波信道調控的目的；

其特征在于，還包括：

一可調光源陣列模塊，每個可調光源產生一路強度可調的光信號，且對應控制智能超表面的一個陣列子單元，這樣，可調光源陣列模塊產生多路光信號；