CN113206385B - 一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置 - Google Patents

一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113206385B
CN113206385B CN202110380140.6A CN202110380140A CN113206385B CN 113206385 B CN113206385 B CN 113206385B CN 202110380140 A CN202110380140 A CN 202110380140A CN 113206385 B CN113206385 B CN 113206385B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
unit
reference voltage
surface structure
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110380140.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113206385A (zh
Inventor
陆骋
曹琳
尹海帆
王锴
裴熙隆
谭力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202110380140.6A priority Critical patent/CN113206385B/zh
Publication of CN113206385A publication Critical patent/CN113206385A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113206385B publication Critical patent/CN113206385B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置，属于无线通信领域，包括：分别调节单元的输入电压VP和参考电压VN，以得到单元的多个不同的偏置电压VO(VO＝VP‑VN)，并获得不同偏置电压对应的幅频响应曲线和相频响应曲线；将预设工作频率下相位差为360°/n的n条相频响应曲线对应的n个偏置电压作为一个候选偏置电压组；选取一组，将其中的n个偏置电压分别作为单元n个逻辑状态对应的偏置电压，并由此确定不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；在预设工作频率下，所选取各偏置电压对应的反射信号幅度均大于参考电压接地时单元各逻辑状态对应的幅度最小值；n≥2表示单元的逻辑状态数量。本发明能够提高超表面结构单元的反射效率。

Description

一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置
技术领域
本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置。
背景技术
智能超表面(又名智能反射面或可编程电磁超表面)(英文名：ReconfigurableIntelligent Surface/RIS/Large Intelligent Surface/Software DefinedSurface/Metasurface/IRS/Intelligent Reflecting Surface/Reconfigurable Meta-Surfaces/Holographic MIMO等)的主要组成部分是可编程人工电磁表面结构。该结构是一种由精心设计的亚波长单元按照周期或非周期性的排列组成的，具有可重配电磁特性的二维薄层。基本单元通常由金属、介质和可调器件构成。通过控制反射单元的可调部分，例如电磁波的幅度、相位，能够实现对电磁波传播方向的调控。该技术是近两年刚刚兴起的国际学术界研究热点，是新一代通信系统中极具潜力的技术。
智能超表面对电磁波的调控是通过改变超表面本身的电磁特性来实现的。基于变容二极管的电容随偏压改变的特性，加载变容二极管的超表面是可编程电磁超表面的一种应用广泛的结构。加载变容二极管的超表面结构单元中，变容二极管的两端分别连接超表面结构单元的参考端和输入端。
1-bit的超表面结构单元具有两个逻辑状态，即逻辑状态“0”和逻辑状态“1”。在传统的控制方案中，对于1-bit的超表面结构单元，其参考端接地，输入端与控制装置中的电平转换电路的输出端相连，由该电平转换电路为单元提供输入电压。对加载变容二极管智能超表面结构单元进行控制时，电平转换电路往往需要提供变化范围在20V以上的输出电压才能使超表面结构单元中的变容二极管的电容调节范围得到充分应用，对电平转换电路的要求较高。此外，因为变容二极管的一端接地，而电平转换电路输出的信号低电平为地且不可调，所以，在对超表面电磁特性进行调控的时候，只能通过调节电平转换电路输出的高电平Vp来调节单元在不同逻辑状态下的偏置电压，使得在工作频率附近，电磁超表面单元的相邻状态之间的相位差为180°。因为一个偏压固定为零，当工作频率位于0V偏压的谐振频率附近时，由于拥有0V偏压的单元结构的谐振损耗，超表面单元结构逻辑状态间反射信号的幅度区别较大，其中一个逻辑状态对应的反射信号幅值很低，导致反射效率低，对调控效果产生不利影响。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置，其目的在于，使超表面结构单元中变容二极管两端的电压均可调，在控制过程中，除了关注反射信号的相位差，还对反射信号的幅度进行控制，从而提高超表面结构单元的反射效率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种智能超表面结构单元的控制方法，包括：
通过分别调节单元的输入电压VP和参考电压VN，对单元的偏置电压VO进行调节，并测量单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线；
将在预设工作频率下相位差为180°的两条相频响应曲线对应的两个偏置电压作为一个候选偏置电压组；从所有候选偏置电压组中选取一组作为目标偏置电压组，将其中的两个偏置电压分别作为单元处于两个逻辑状态时的偏置电压，并由此确定在预设工作频率下，单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；
其中，目标偏置电压组中，两个偏置电压对应的幅频响应曲线在预设工作频率下的幅值均大于预设阈值；预设阈值不小于单元的参考电压接地时，单元处于不同逻辑状态时其反射信号在预设工作频率下的幅值最小值；单元在不同逻辑状态下，其参考电压取值相同。
本发明通过使超表面结构单元的输入电压和参考电压均可调节，使得单元中变容二极管两端的电压均可调，其中一个偏置电压不再固定为0V，在控制过程中除了关注反射信号的相位差，还对反射信号的幅度进行控制，增加了调控自由度，最终使得单元在不同逻辑状态下，其反射信号的最低幅值有所增加，有效提高了超表面结构单元的反射效率。
在一些可选的实施例中，单元的参考电压VN为负电压。
本发明通过给超表面单元提供负的参考电压，使得超表面结构单元在不同的逻辑状态下，其输入电压的差值大大减小，相应地，为其提供输入电压的电平转换电路所需提供的电压范围也大大减小，降低了对电平转换电路中器件的要求，从而有效降低电平转换电路的实现成本。
在一些可选的实施例中，目标偏置电压组中两个偏置电压对应的幅频响应曲线在工作频率下的幅值差异在所有的候选偏置电压组中为最小值。
本发明选取相位差为180°而幅值差异最小的一组偏置电压作为单元处于两个逻辑状态时的偏置电压，由此能够最大程度地提高反射效率。
在一些可选的实施例中，单元在逻辑状态“0”下，其输入电压VP＝0，参考电压为VN＝-V2；单元在逻辑状态“1”下，其输入电压VP＝V1-V2，参考电压VN＝-V2；
其中，V1和V2分别表示目标偏置电压组中的两个偏置电压，且V1>V2。
按照本发明的另一个方面，提供了一种智能超表面结构单元的控制方法，包括：
通过分别调节单元的输入电压VP和参考电压VN，以得到单元的多个不同的偏置电压VO，并获得单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线；VO＝VP-VN；
将在预设工作频率下相位差为360°/n的n条相频响应曲线对应的n个偏置电压作为一个候选偏置电压组；从所有候选偏置电压组中选取一组作为目标偏置电压组，将其中的n个偏置电压分别作为单元处于n个逻辑状态时的偏置电压，并由此确定在预设工作频率下，单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；
其中，目标偏置电压组中，各偏置电压对应的幅频响应曲线在预设工作频率下的幅值均大于预设阈值；预设阈值不小于单元的参考电压接地时，单元处于不同逻辑状态时其反射信号在预设工作频率下的幅值最小值；单元在不同逻辑状态下，其参考电压取值相同；n表示所述单元的逻辑状态数量，且n>2。
对于用于表示更多比特的超表面结构单元，其具有更多的逻辑状态，例如，对于2-bit单元，其具有4个逻辑状态，对于3-bit单元，其具有8个逻辑状态，以此类推。本发明提供的智能超表面结构单元的控制方法，对于任意比特的单元，都能通过使超表面结构单元的输入电压和参考电压均可调节，使得单元中变容二极管两端的电压均可调，增加调控自由度。
在一些可选的实施例中，单元的参考电压VN为负电压。
对于多比特的超表面结构单元，其输入电压往往通过DAC电路(数字模拟转换电路)进行调节，本发明通过给超表面单元提供负的参考电压，使得超表面结构单元在不同的逻辑状态下，其输入电压的差值大大减小，相应地，为其提供输入电压的DAC电路所需提供的电压范围也大大减小，降低了对DAC电路中器件的要求，从而有效降低DAC电路的实现成本。
按照本发明的另一个方面，提供了一种智能超表面结构单元的控制装置，包括：控制信号生成模块，输入电压调节模块和参考电压调节模块；
控制信号生成模块用于生成超表面结构中各单元的控制信号；控制信号用于控制单元的逻辑状态；
输入电压调节模块，其输入端与控制信号生成模块的输出端相连，其输出端与超表面结构中各单元的输入端相连；输入电压调节模块用于根据控制信号向超表面结构中各单元提供可调的输入电压；
参考电压调节模块，其输出端与超表面结构中各单元的参考端相连；参考电压调节模块用于向超表面结构中各单元提供可调的参考电压；
其中，在预设工作频率下，单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值由本发明提供的智能超表面结构单元的控制方法确定。
本发明所提供的智能超表面结构单元的控制装置，由电平转换电路和参考电压调节模块按照本发明提供的控制方法所确定电压取值对单元的输入电压和参考电压进行调节，能够有效提高单元的反射效率。
在一些可选的实施例中，参考电压调节模块向单元提供的参考电压为负电压。
本发明利用参考电压调节模块向超表面结构单元提供负的参考电压，能够减小电平转换电路所需提供的电压的变化范围，降低了对电平转换电路中器件的要求，从而有效降低电平转换电路的实现成本。
在一些可选的实施例中，参考电压调节模块包括输入电源和与输入电源相连的负压发生电路；
负压发生电路用于将输入电源输入输出的电压调节为指定大小的负电压，作为提供给单元的参考电压。
在一些可选的实施例中，负压发生电路包括：N沟道FET开关管T、电感L、电容C、自举电容Cboot、环流二极管D、误差放大器A、电位器Rp和PWM控制电路；
N沟道FET开关管T的漏极连接输入电源，源极与电感L的一个端口、环流二极管D的负极以及自举电容Cboot的一个端口均相连，栅极连接PWM控制电路的输出端；PWM控制电路用于控制N沟道FET开关管T的状态和占空比；
电感L的另一个端口接地，电容C的正极接地；
电位器Rp的一端接地，另一端与电容C的负极以及环流二极管D的正极相连后，作为负压发生电路的输出端；电位器Rp的中间引脚连接到误差放大器A的反向输入端，用于提供反馈控制，以调节输出电压；
误差放大器A的同相输入端连接给定参考电压Vref，输出端连接PWM控制电路的输入端；自举电容Cboot的另一个端口端接PWM控制电路的控制端。
在一些可选的实施例中，参考电压调节模块为可调负电源。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明通过使单比特的超表面结构单元的输入电压和参考电压均可调节，使得单元中变容二极管两端的电压均可调，在控制过程中除了关注反射信号的相位差，还对反射信号的幅度进行控制，增加了调控自由度，最终使得单元在不同逻辑状态下，其反射信号的最低幅值有所增加，有效提高了超表面结构单元的反射效率。
(2)本发明通过使多比特的超表面结构单元的输入电压和参考电压均可调节，使得单元中变容二极管两端的电压均可调，增加了调控自由度。
(3)本发明通过给超表面结构单元提供负的参考电压，能够减小电平转换电路或DAC电路所需提供的电压范围，降低了对电平转换电路和DAC电路中器件的要求，从而有效降低电平转换电路的实现成本。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的智能超表面结构单元的控制方法流程图；
图2为本发明实施例提供的智能超表面结构单元在不同偏置电压下的电磁特性曲线；其中，(a)为幅频响应曲线，(b)为相频响应曲线；
图3为本发明实施例1提供的智能超表面结构单元的控制装置示意图；
图4为本发明实施例1提供的负压发生电路示意图；
图5为本发明实施例4提供的智能超表面结构单元的控制方法流程图；
图6为本发明实施例5提供的智能超表面结构单元的控制装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
为了解决现有的智能超表面结构单元的控制方法，由于一个偏压固定为零，当工作频率位于0V偏压的谐振频率附近时超表面单元结构逻辑状态间反射信号的幅度区别较大、反射效率低的技术问题，本发明提供了一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置，其整体思路在于：对智能超表面结构中单元的输入电压和参考电压分别进行调节，使单元中变容二极管两端的电压均可调，从而在控制过程中，既关注反射信号的相位差信息，还对反射信号的幅度进行控制，增加了调控自由度，最终使得单元在不同逻辑状态下，其反射信号的最低幅值有所增加，有效提高了超表面结构单元的反射效率。在此基础上，调节单元的参考电压为负电压，进一步降低控制装置中电平转换电路的实现成本。
以下为实施例。
实施例1：
一种智能超表面结构单元的控制方法，本实施例中，单元具有两个逻辑状态；如图1所示，本实施例具体包括：
通过分别调节单元的输入电压VP和参考电压VN，以得到单元的多个不同的偏置电压VO，并获得单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线；单元的偏置电压为其输入电压与参考电压之差，即VO＝VP-VN；单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线可通过仿真、直接测量等方式获取；
将在预设工作频率下相位差为180°的两条相频响应曲线对应的两个偏置电压作为一个候选偏置电压组；从所有候选偏置电压组中选取一组作为目标偏置电压组，将其中的两个偏置电压分别作为单元处于两个逻辑状态时的偏置电压，并由此确定在预设工作频率下，单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；
其中，目标偏置电压组中，两个偏置电压对应的幅频响应曲线在预设工作频率下的幅值均大于预设阈值；预设阈值不小于单元的参考电压接地时，单元处于不同逻辑状态时其反射信号在预设工作频率下的幅值最小值；单元在不同逻辑状态下，其参考电压取值相同。
作为一种优选的实施方式，本实施例中，单元的参考电压VN为负电压。
作为一种优选的实施方式，本实施例中，目标偏置电压组中两个偏置电压对应的幅频响应曲线在工作频率下的幅值差异在所有的候选偏置电压组中为最小值。
考虑到在实际控制中，智能超表面结构单元在逻辑状态“0”下，其输入电压固定为低电平0，可选地，本实施例中，所确定的单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值具体情况如下：
单元在逻辑状态“0”下，其输入电压VP＝0，参考电压为VN＝-V2；
单元在逻辑状态“1”下，其输入电压VP＝V1-V2，参考电压VN＝-V2；
其中，V1和V2分别表示目标偏置电压组中的两个偏置电压，且V1>V2；相应地，单元在逻辑状态“0”下，其偏置电压为VO＝VP-VN＝V2；单元在逻辑状态“1”下，其偏置电压为VO＝VP-VN＝V1。
本实施例通过使超表面结构单元的输入电压和参考电压均可调节，使得单元中变容二极管两端的电压均可调，在控制过程中除了关注反射信号的相位差，还对反射信号的幅度进行控制，增加了调控自由度，最终使得单元在不同逻辑状态下，其反射信号的最低幅值有所增加，有效提高了超表面结构单元的反射效率。通过给超表面单元提供负的参考电压，使得超表面结构单元在不同的逻辑状态下，其输入电压的差值大大减小，相应地，为其提供输入电压的电平转换电路所需提供的电压范围也大大减小，降低了对电平转换电路中器件的要求，从而有效降低电平转换电路的实现成本。
以下结合一个具体的单元和具体的工作频率为例，对上述技术效果进行分析说明。在其中一个应用中，超表面加载的变容二极管需要19V的反向偏压才能充分利用电容的调节范围，按照现有的控制方法，由于变容二极管一端电平固定为地电平，电平转换电路需要提供变化范围在19V以上的电压，才能充分利用变容二极管的电容调节。此外，因为只有逻辑“1”状态的反相偏压可调，所以，对于每个工作频率，相位差为180°的可选偏压唯一，当工作频率在该偏压的谐振频率附近时，由于谐振损耗，两个逻辑状态间超表面结构单元反射幅度差别较大。例如，当工作频率为5.8GHz时，要使相位差为180°，控制信号逻辑“0”和逻辑“1”对应的两个反向偏置电压分别为0V和17V。此时，由于谐振损耗，状态为逻辑“1”的单元结构反射信号幅度约0.71，而状态为逻辑“0”的单元结构由于离谐振频率较远，损耗较小，反射信号幅度约为0.97，反射信号幅度相差较大。
而对于同样的超表面结构单元和工作频率，由于单元中变容二极管两端的电压均可调，通过分别调节两端电压，测得单元反射信号在不同偏置电压下的幅频响应曲线和相频响应曲线分别如图2中的(a)和(b)所示；单元中变容二极管可等效为电容、电感、电阻串联电路，不同偏置电压下，单元中变容二极管等效电路元件参数分别如表1所示，其中VR表示给变容二极管施加的偏置电压，C表示等效电路中的电容容值，R表示等效电路中的电阻阻值，L表示等效电路中的电感感值；根据相位差180°，幅度差尽可能小的原则，选取的两个偏置电压分别为11V和19V；两个逻辑状态下反射信号幅度均约为0.85。
采用现有的控制方法，单元在不同逻辑状态下的幅值最小值为仅为0.71；本实施例所提供的控制方法，单元在不同逻辑状态下的幅值最小值为0.85，相比于现有的控制方法，反射效率得到了极大的提升；
采用现有的控制方法，电平控制电路的输出电压范围至少为17V-0V＝17V；采用本实施例所提供的控制方法，电平控制电路的输出电压范围至少为19V-11V＝8V，相比于现有的控制方法，电平控制电路的输出电压范围大大减小了。
表1
Figure BDA0003012623420000101
实施例2：
一种智能超表面结构单元的控制装置，如图3所示，包括：控制信号生成模块，输入电压调节模块和参考电压调节模块；
控制信号生成模块用于生成智能超表面结构各单元的控制信号；控制信号用于控制单元的逻辑状态；如图3所示，本实施例中，控制信号生成模块具体利用FPGA实现，生成的控制信号具体为CMOS电平控制信号；
输入电压调节模块，其输入端与控制信号生成模块的输出端相连，其输出端与智能超表面结构各单元的输入端相连；输入电压调节模块用于根据控制信号向智能超表面结构各单元提供可调的输入电压；由于本实施例中，单元具有两个逻辑状态，如图3所示，本实施例中，输入电压调节模块具体为电平转换电路；
参考电压调节模块，其输出端与智能超表面结构各单元的参考端相连；参考电压调节模块用于向智能超表面结构各单元的单元提供可调的参考电压；
其中，在预设工作频率下，单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值由上述实施例1提供的智能超表面结构单元的控制方法确定。
本实施例所提供的智能超表面结构单元的控制装置，由电平转换电路和参考电压调节模块按照本实施例提供的控制方法所确定电压取值对单元的输入电压和参考电压进行调节，能够有效提高单元的反射效率。由于单元在不同逻辑状态下，其参考电压取值相同，而同一时刻，不同单元的逻辑状态可能不同，因此，本实施例中，电平转换电路中相应地设置有多个转换电路，分别用于对每个单元的输入电压进行调节；参考电压调节模块中仅设置一个调节模块，由所有单元共用。
在一些可选的实施方式中，参考电压调节模块向单元提供的参考电压为负电压；可选地，如图3所示，本实施例中，参考电压调节模块包括输入电源和与输入电源相连的负压发生电路；
负压发生电路用于将输入电源输入输出的电压调节为指定大小的负电压，作为提供给单元的参考电压；
可选地，如图4所示，本实施例中，负压发生电路包括：N沟道FET开关管T、电感L、电容C、自举电容Cboot、环流二极管D、误差放大器A、电位器Rp和PWM控制电路；
N沟道FET开关管T的漏极连接输入电源，源极与电感L的一个端口、环流二极管D的负极以及自举电容Cboot的一个端口均相连，栅极连接PWM控制电路的输出端；PWM控制电路用于控制N沟道FET开关管T的状态和占空比；
电感L的另一个端口接地，电容C的正极接地；
电位器Rp的一端接地，另一端与电容C的负极以及环流二极管D的正极相连后，作为负压发生电路的输出端；电位器Rp的中间引脚连接到误差放大器A的反向输入端，用于提供反馈控制，以调节输出电压；
误差放大器A的同相输入端连接给定参考电压Vref，输出端连接PWM控制电路的输入端；自举电容Cboot的另一个端口端接PWM控制电路的控制端。
在图4所示的负压发生电路工作期间，当N沟道FET开关管T处于开启状态时，电感L上的电压为Vin，电感增加的磁通为：Vin*Ton，Ton表示N沟道FET开关管T的开启时间；当N沟道FET开关管T处于关闭状态时，电感L上电压为Vout，由于电路输出的是负压，电感上磁通减少，减少的磁通为：Vout*Toff，达到稳压状态时每个周期内电感上增加与减少的磁通相等，即Vin*Ton＝Vout*Toff，Toff表示N沟道FET开关管T的关闭时间。综上，负压发生电路通过控制Ton与(Ton+Toff)的比值，即占空比，来控制输出电压，通过调节占空比可以使得输出电压大于或小于输入电压；应当说明的是，图4所示的负压发生电路仅为本发明一种可选的实施方式，其他可提供可调负电压的电路也可应用于本发明。
实施例3：
一种智能超表面结构单元的控制装置，本实施例与上述实施例2相同，所不同之处在于，本实施例中，参考电压调节模块为可调负电源。
实施例4：
一种智能超表面结构单元的控制方法，本实施例中，单元具有4个逻辑状态；如图5所示，本实施例具体包括：
通过分别调节单元的输入电压VP和参考电压VN，以得到单元的多个不同的偏置电压VO，并获得单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线；单元的偏置电压为其输入电压与参考电压之差，即VO＝VP-VN；单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线可通过仿真、直接测量等方式获取；
将在预设工作频率下相位差为90°的4条相频响应曲线对应的两个偏置电压作为一个候选偏置电压组；从所有候选偏置电压组中选取一组作为目标偏置电压组，将其中的4个偏置电压分别作为单元处于4个逻辑状态时的偏置电压，并由此确定在预设工作频率下，单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；
其中，目标偏置电压组中，4个偏置电压对应的幅频响应曲线在预设工作频率下的幅值均大于预设阈值；预设阈值不小于单元的参考电压接地时，单元处于不同逻辑状态时其反射信号在预设工作频率下的幅值最小值；单元在不同逻辑状态下，其参考电压取值相同。
作为一种优选的实施方式，本实施例中，单元的参考电压VN为负电压。
作为一种优选的实施方式，本实施例中，目标偏置电压组中4个偏置电压对应的幅频响应曲线在工作频率下的幅值差异在所有的候选偏置电压组中为最小值。
实施例5：
一种智能超表面结构单元的控制装置，本实施例与上述实施例2类似，所不同之处在于，本实施例中，在预设工作频率下，单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值由上述实施例4提供的智能超表面结构单元的控制方法确定，且如图6所示，本实施例中，输入电压调节模块具体为DAC电路。
实施例6：
一种智能超表面结构单元的控制装置，本实施例与上述实施例5相同，所不同之处在于，本实施例中，参考电压调节模块为可调负电源。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能超表面结构单元的控制方法，其特征在于，包括：
通过分别调节所述单元的输入电压VP和参考电压VN，以得到所述单元的多个不同的偏置电压VO，并获得所述单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线；
将在预设工作频率下相位差为180°的两条相频响应曲线对应的两个偏置电压作为一个候选偏置电压组；从所有候选偏置电压组中选取一组作为目标偏置电压组，将其中的两个偏置电压分别作为所述单元处于两个逻辑状态时的偏置电压，并由此确定在所述预设工作频率下，所述单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；
其中，所述目标偏置电压组中，两个偏置电压对应的幅频响应曲线在所述预设工作频率下的幅值均大于预设阈值；所述预设阈值不小于所述单元的参考电压接地时，所述单元处于不同逻辑状态时其反射信号在所述预设工作频率下的幅值最小值；所述单元在不同逻辑状态下，其参考电压取值相同；所述单元在逻辑状态“0”下，其输入电压VP＝0，参考电压为VN＝-V2；所述单元在逻辑状态“1”下，其输入电压VP＝V1-V2，参考电压VN＝-V2；V1和V2分别表示所述目标偏置电压组中的两个偏置电压，且V1>V2。
2.如权利要求1所述的智能超表面结构单元的控制方法，其特征在于，所述单元的参考电压VN为负电压。
3.如权利要求1或2所述的智能超表面结构单元的控制方法，其特征在于，所述目标偏置电压组中两个偏置电压对应的幅频响应曲线在所述工作频率下的幅值差异在所有的候选偏置电压组中为最小值。
4.一种智能超表面结构单元的控制方法，其特征在于，包括：
通过分别调节所述单元的输入电压VP和参考电压VN，以得到所述单元的多个不同的偏置电压VO，并获得所述单元在不同偏置电压下，其反射信号的幅频响应曲线和相频响应曲线；VO＝VP-VN；
将在预设工作频率下相位差为360°/n的n条相频响应曲线对应的n个偏置电压作为一个候选偏置电压组；从所有候选偏置电压组中选取一组作为目标偏置电压组，将其中的n个偏置电压分别作为所述单元处于n个逻辑状态时的偏置电压，并由此确定在所述预设工作频率下，所述单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值；
其中，所述目标偏置电压组中，各偏置电压对应的幅频响应曲线在所述预设工作频率下的幅值均大于预设阈值；所述预设阈值不小于所述单元的参考电压接地时，所述单元处于不同逻辑状态时其反射信号在所述预设工作频率下的幅值最小值；所述单元在不同逻辑状态下，其参考电压取值相同；n表示所述单元的逻辑状态数量，且n>2。
5.一种智能超表面结构单元的控制装置，其特征在于，包括：控制信号生成模块，输入电压调节模块和参考电压调节模块；
所述控制信号生成模块用于生成所述智能超表面结构各单元的控制信号；所述控制信号用于控制单元的逻辑状态；
所述输入电压调节模块，其输入端与所述控制信号生成模块的输出端相连，其输出端与所述智能超表面结构中各单元的输入端相连；所述输入电压调节模块用于根据所述控制信号向所述智能超表面结构中各单元提供可调的输入电压；
所述参考电压调节模块，其输出端与所述智能超表面结构中各单元的参考端相连；所述参考电压调节模块用于向所述智能超表面结构中各单元提供可调的参考电压；
其中，在预设工作频率下，所述单元在不同逻辑状态下的输入电压和参考电压的取值由权利要求1-4任一项所述的智能超表面结构单元的控制方法确定。
6.如权利要求5所述的智能超表面结构单元的控制装置，其特征在于，所述参考电压调节模块向所述单元提供的参考电压为负电压。
7.如权利要求6所述的智能超表面结构单元的控制装置，其特征在于，所述参考电压调节模块包括输入电源和与所述输入电源相连的负压发生电路；
所述负压发生电路用于将所述输入电源输入输出的电压调节为指定大小的负电压，作为提供给所述单元的参考电压。
8.如权利要求7所述的智能超表面结构单元的控制装置，其特征在于，所述负压发生电路包括：N沟道FET开关管T、电感L、电容C、自举电容Cboot、环流二极管D、误差放大器A、电位器Rp和PWM控制电路；
所述N沟道FET开关管T的漏极连接所述输入电源，源极与电感L的一个端口、环流二极管D的负极以及自举电容Cboot的一个端口均相连，栅极连接所述PWM控制电路的输出端；所述PWM控制电路用于控制所述N沟道FET开关管T的状态和占空比；
所述电感L的另一个端口接地，所述电容C的正极接地；
所述电位器Rp的一端接地，另一端与所述电容C的负极以及所述环流二极管D的正极相连后，作为所述负压发生电路的输出端；所述电位器Rp的中间引脚连接到所述误差放大器A的反向输入端，用于提供反馈控制，以调节输出电压；
所述误差放大器A的同相输入端连接给定参考电压Vref，输出端连接所述PWM控制电路的输入端；所述自举电容Cboot的另一个端口端接所述PWM控制电路的控制端。
9.如权利要求6所述的智能超表面结构单元的控制装置，其特征在于，所述参考电压调节模块为可调负电源。
CN202110380140.6A 2021-04-09 2021-04-09 一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置 Active CN113206385B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110380140.6A CN113206385B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110380140.6A CN113206385B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113206385A CN113206385A (zh) 2021-08-03
CN113206385B true CN113206385B (zh) 2022-04-19

Family

ID=77026403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110380140.6A Active CN113206385B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113206385B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113991306B (zh) * 2021-12-28 2022-08-16 华南理工大学 智能反射面阵列控制装置及方法
CN118137164B (zh) * 2024-05-06 2024-08-27 上海安其威微电子科技有限公司 一种智能超表面电路和电子设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201315282A (zh) * 2011-09-26 2013-04-01 Jae Hong Jeong 具有相位控制機制之發光二極體驅動器
WO2015002658A1 (en) * 2013-07-03 2015-01-08 Hrl Laboratories, Llc Electronically steerable, artificial impedance, surface antenna
CN105305091A (zh) * 2015-10-13 2016-02-03 复旦大学 基于可调梯度超表面的反射电磁波调制器及其设计方法
WO2018140829A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-02 California Institute Of Technology Continuous beam steering with multiple-gated reconfigurable metasurfaces
CN110829033A (zh) * 2019-10-28 2020-02-21 东南大学 高效率电磁波频率转换时域超表面
CN111162374A (zh) * 2020-01-02 2020-05-15 上海航天电子有限公司 基于一比特时间调制编码超表面的超低旁瓣相控阵系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6897831B2 (en) * 2001-04-30 2005-05-24 Titan Aerospace Electronic Division Reconfigurable artificial magnetic conductor
CN104281720B (zh) * 2013-07-12 2019-01-29 苏州普源精电科技有限公司 具有数字输入输出功能的数据采集卡及其数据采集装置
CN104157983B (zh) * 2014-08-14 2017-02-15 东南大学 一种一比特数字式超表面
US20160099678A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-07 Qualcomm Incorporated Vco, pll, and varactor calibration
US20160218429A1 (en) * 2015-01-23 2016-07-28 Huawei Technologies Canada Co., Ltd. Phase control for antenna array
CN107404003B (zh) * 2016-05-19 2019-11-05 深圳光启合众科技有限公司 超材料及其频率调节方法和装置
US11581644B2 (en) * 2019-05-03 2023-02-14 Qualcomm Incorporated Phase shifter with bidirectional amplification

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201315282A (zh) * 2011-09-26 2013-04-01 Jae Hong Jeong 具有相位控制機制之發光二極體驅動器
WO2015002658A1 (en) * 2013-07-03 2015-01-08 Hrl Laboratories, Llc Electronically steerable, artificial impedance, surface antenna
CN105305091A (zh) * 2015-10-13 2016-02-03 复旦大学 基于可调梯度超表面的反射电磁波调制器及其设计方法
WO2018140829A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-02 California Institute Of Technology Continuous beam steering with multiple-gated reconfigurable metasurfaces
CN110829033A (zh) * 2019-10-28 2020-02-21 东南大学 高效率电磁波频率转换时域超表面
CN111162374A (zh) * 2020-01-02 2020-05-15 上海航天电子有限公司 基于一比特时间调制编码超表面的超低旁瓣相控阵系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dealing with the Mobility Problem of Massive MIMO using Extended Prony’s Method;Haifan Yin;《 ICC 2020 - 2020 IEEE International Conference on Communications》;20200727;全文 *
太赫兹时域频谱技术研究;梁达川;《光电技术应用》;20170815;全文 *
超构表面设计及其应用;王光明;《空军工程大学学报》;20191225;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113206385A (zh) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113206385B (zh) 一种智能超表面结构单元的控制方法及控制装置
CN100527578C (zh) 用于快速实现参考电压跃迁的补偿偏移校正方法和控制电路
CN101340146B (zh) 逐级延时电流累加转换速率调节器
CN105720816A (zh) 升降压型变换器的控制电路、控制方法以及应用其的升降压型变换器
CN109412408B (zh) 一种电荷泵电路及其负载驱动方法
CN105391296A (zh) 功率变换器中的功率因数校正
CN106452369B (zh) 基于功率放大器输出信号控制的高效包络跟踪电源及方法
CN109871059B (zh) 一种超低电压ldo电路
CN102684481A (zh) 一种宽输入范围低纹波电荷泵降压电路
US11762409B2 (en) Voltage regulator
CN109450246B (zh) 多输出高压电源和具有多输出高压电源的分布式射线源
US7795930B2 (en) Drive control apparatus for controlling drive of inductive load and drive control method for controlling the same
CN103023327B (zh) 一种自适应调整环宽的快速滞环控制电路
CN110798939A (zh) Led驱动电路及方法
CN116436293B (zh) 一种开关电源的混合控制电路、控制方法及开关电源
CN102595721B (zh) 半导体发光器件高精度智能化集成驱动电源
US8054060B2 (en) Configurable feed-forward circuit for a power supply
CN102802324A (zh) 一种双环路驱动系统
CN116483153A (zh) 一种基于平均值算法的双环路混合低压差线性稳压器
CN111697831B (zh) 谐振变换器的控制系统及控制方法
CN114079379A (zh) 具有智能控制器的dc-dc转换器
KR20130012485A (ko) 에러전압생성 회로, 이를 포함하는 스위치 제어 회로, 및 스위치 제어 회로를 포함하는 역률 보상기
Kenny et al. A Study on the Effectiveness of Using a Hybrid Topology in Improving the Power Efficiency and Voltage Regulation over a Wide Input Range of DC-DC Converters
CN113315350B (zh) 一种控制方法、原边控制电路、反激式变换器及电子设备
CN110120627A (zh) 发光元件驱动电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant