本申請(qǐng)涉及天線(xiàn)，特別是涉及一種基于超表面陣列的波束控制方法和超表面天線(xiàn)單元。

背景技術(shù)：

1、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋就是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的橋接，它利用無(wú)線(xiàn)傳輸方式實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間搭起通信的橋梁，從作用上來(lái)理解無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋，它可以用于連接兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)段，這些獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)段通常位于不同的建筑內(nèi)，相距幾百米到幾十公里，可以廣泛應(yīng)用在不同建筑物之間的互聯(lián)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋傳輸系統(tǒng)通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上的無(wú)線(xiàn)設(shè)備組成，由于數(shù)據(jù)的雙向傳輸，每臺(tái)設(shè)備需具備無(wú)線(xiàn)信號(hào)的收發(fā)能力。無(wú)線(xiàn)電磁波信號(hào)能以空氣為傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳播，這就能解決很多有線(xiàn)部署施工困難的問(wèn)題：如高速公路、河流、山澗阻隔，或者道路硬化，有線(xiàn)部署施工困難等。

2、其中，天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋的重要配件，用來(lái)發(fā)射和接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)，沒(méi)有天線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋無(wú)法實(shí)現(xiàn)通信，橋接選擇定向天線(xiàn)并且天線(xiàn)增益越大，天線(xiàn)網(wǎng)橋性能越優(yōu)。目前傳統(tǒng)的定向天線(xiàn)形式為拋物面天線(xiàn)及微帶天線(xiàn)陣兩種形式，分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)傳輸距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信以及短距離傳輸距離點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。

3、目前傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋的兩種天線(xiàn)形式在傳輸距離和應(yīng)用場(chǎng)景方面都有一定的限制，原因是兩種天線(xiàn)的固定輻射特性：微帶天線(xiàn)陣列3db波束較寬（h面約45°到80°之間）可以應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)場(chǎng)景，同時(shí)對(duì)應(yīng)增益偏低（約9-13dbi），適合應(yīng)用于短距離傳輸（約1-5km）；而拋物面天線(xiàn)3db波束較窄（h面約3°到10°之間）可以應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的場(chǎng)景，同時(shí)對(duì)應(yīng)增益較高（約20-60dbi），適合應(yīng)用于長(zhǎng)距離傳輸（約10-120km）?，F(xiàn)有技術(shù)中通常根據(jù)上述不同天線(xiàn)的不同屬性，根據(jù)實(shí)際需要選擇其中之一，然而其波束方向不易靈活調(diào)控，不能滿(mǎn)足復(fù)雜場(chǎng)景下的應(yīng)用。目前，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，基于當(dāng)前的天線(xiàn)形式無(wú)法靈活調(diào)控波束方向的問(wèn)題，尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種基于超表面陣列的波束控制方法和超表面天線(xiàn)單元。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于超表面陣列的波束控制方法。該超表面陣列中包括至少兩個(gè)按照預(yù)設(shè)排列規(guī)則排列的待調(diào)節(jié)單元，每個(gè)待調(diào)節(jié)單元均包括二極管結(jié)構(gòu)；方法包括：

3、確定預(yù)設(shè)的饋源中心發(fā)出的饋源波束對(duì)于待調(diào)節(jié)單元中當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的入射相位；

4、確定各個(gè)待調(diào)節(jié)單元基于饋源波束生成的響應(yīng)波束，并基于當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束與任一待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束的距離差，得到期望激勵(lì)相位；

5、在入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)導(dǎo)通；在入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍外時(shí)，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)斷開(kāi)；

6、重復(fù)上述步驟直至遍歷每個(gè)待調(diào)節(jié)單元，并完成每個(gè)待調(diào)節(jié)超表面單元中二極管結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，其中，二極管結(jié)構(gòu)用于調(diào)節(jié)饋源波束的響應(yīng)波束的方向。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例中，基于當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束與任一待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束的距離差，得到期望激勵(lì)相位，包括：

8、獲取預(yù)設(shè)的期望波束方向，以及當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元與任一待調(diào)節(jié)單元之間的相對(duì)距離；

9、基于期望波束方向以及相對(duì)距離，計(jì)算得到當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束與任一待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束的距離差，在期望波束方向上的期望激勵(lì)相位。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)設(shè)排列規(guī)則包括以下至少一種：圓形、矩形。

11、在其中一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)波束的類(lèi)型為以下一種：反射波、折射波。

12、第二方面，本申請(qǐng)還提供了一種超表面天線(xiàn)單元。該超表面天線(xiàn)單元應(yīng)用于如上文所述的超表面陣列中，該超表面天線(xiàn)單元包括，第一金屬層、第二金屬層和第一電介質(zhì)層；第一金屬層、第一電介質(zhì)層與第二金屬層按由上至下的順序依次疊加，單元還包括有第一金屬通柱與第二金屬通柱；

13、第一金屬層，包括兩組按預(yù)設(shè)規(guī)則設(shè)計(jì)進(jìn)行排布的金屬條帶，以及連接兩組金屬條帶的二極管結(jié)構(gòu)；其中，二極管結(jié)構(gòu)的一側(cè)基于第一金屬通柱與預(yù)設(shè)的電源結(jié)構(gòu)連接，二極管結(jié)構(gòu)的另一側(cè)與第二金屬通柱與第二金屬層連接；

14、第二金屬層，用于作為射頻信號(hào)的參考電位層以及直流信號(hào)的回流路徑層；

15、第一電介質(zhì)層，用于支撐并固定第一金屬層以及第二金屬層。

16、在其中一個(gè)實(shí)施例中，兩組金屬條帶按中心對(duì)稱(chēng)形式排列，或，按全對(duì)稱(chēng)形式排列。

17、在其中一個(gè)實(shí)施例中，單元還包括第二電介質(zhì)層與基板，第一金屬層、第一電介質(zhì)層、第二金屬層、第二電介質(zhì)層與基板按由上至下的順序依次疊加，其中，第二電介質(zhì)層用于為繞線(xiàn)結(jié)構(gòu)提供走線(xiàn)空間。

18、在其中一個(gè)實(shí)施例中，電源結(jié)構(gòu)安裝在基板底層，單元內(nèi)部設(shè)置有第一通道與第二通道，其中，第一通道連通第一金屬層與基板，第二通道連通第一金屬層與第二金屬層，第一金屬通柱設(shè)置在第一通道內(nèi)，第二金屬通柱設(shè)置在第二通道內(nèi)。

19、在其中一個(gè)實(shí)施例中，單元的工作中心頻率為5.8ghz。

20、第三方面，本申請(qǐng)還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)以下步驟：

21、確定預(yù)設(shè)的饋源中心發(fā)出的饋源波束對(duì)于待調(diào)節(jié)單元中當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的入射相位；

22、確定各個(gè)待調(diào)節(jié)單元基于饋源波束生成的響應(yīng)波束，并基于當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束與任一待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束的距離差，得到期望激勵(lì)相位；

23、在入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)導(dǎo)通；在入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍外時(shí)，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)斷開(kāi)；

24、重復(fù)上述步驟直至遍歷每個(gè)待調(diào)節(jié)單元，并完成每個(gè)待調(diào)節(jié)超表面單元中二極管結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，其中，二極管結(jié)構(gòu)用于調(diào)節(jié)饋源波束的響應(yīng)波束的方向。

25、上述一種基于超表面陣列的波束控制方法和超表面天線(xiàn)單元，首先確定饋源中心發(fā)出的饋源波束對(duì)當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的入射相位，并確定各個(gè)待調(diào)節(jié)單元基于饋源波束生成的響應(yīng)波束，并基于當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束與任一待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束的距離差，得到期望激勵(lì)相位；在入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)導(dǎo)通，在入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍之外時(shí)，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)斷開(kāi)。重復(fù)上述步驟直至遍歷每個(gè)待調(diào)節(jié)單元，并完成每個(gè)待調(diào)節(jié)超表面單元中二極管結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)。本申請(qǐng)可通過(guò)軟件算法靈活控制天線(xiàn)輻射方向及天線(xiàn)增益，可滿(mǎn)足網(wǎng)橋在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的需求，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)橋天線(xiàn)節(jié)約了硬件資源。

技術(shù)特征：

1.一種基于超表面陣列的波束控制方法，其特征在于，所述超表面陣列中包括至少兩個(gè)按照預(yù)設(shè)排列規(guī)則排列的待調(diào)節(jié)單元，每個(gè)所述待調(diào)節(jié)單元均包括二極管結(jié)構(gòu)；所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束與任一所述待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束的距離差，得到期望激勵(lì)相位，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)排列規(guī)則包括以下至少一種：圓形、矩形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述響應(yīng)波束的類(lèi)型為以下一種：反射波、折射波。

5.一種超表面天線(xiàn)單元，其特征在于，所述超表面天線(xiàn)單元應(yīng)用于如權(quán)利要求1至權(quán)利要求4任一項(xiàng)所述的超表面陣列中；所述超表面天線(xiàn)單元包括第一金屬層、第二金屬層和第一電介質(zhì)層；所述第一金屬層、所述第一電介質(zhì)層與所述第二金屬層按由上至下的順序依次疊加，所述單元還包括有第一金屬通柱與第二金屬通柱；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單元，其特征在于，兩組所述金屬條帶按中心對(duì)稱(chēng)形式排列，或，按全對(duì)稱(chēng)形式排列。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單元，其特征在于，所述單元還包括第二電介質(zhì)層與基板，所述第一金屬層、所述第一電介質(zhì)層、所述第二金屬層、所述第二電介質(zhì)層與所述基板按由上至下的順序依次疊加，其中，所述第二電介質(zhì)層用于為繞線(xiàn)結(jié)構(gòu)提供走線(xiàn)空間。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單元，其特征在于，所述電源結(jié)構(gòu)安裝在所述基板底層，所述單元內(nèi)部設(shè)置有第一通道與第二通道，其中，所述第一通道連通所述第一金屬層與所述基板，所述第二通道連通所述第一金屬層與所述第二金屬層，所述第一金屬通柱設(shè)置在所述第一通道內(nèi)，所述第二金屬通柱設(shè)置在所述第二通道內(nèi)。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單元，其特征在于，所述單元的工作中心頻率為5.8ghz。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種基于超表面陣列的波束控制方法和超表面天線(xiàn)單元。包括：確定饋源中心發(fā)出的饋源波束對(duì)于當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的入射相位；確定各個(gè)待調(diào)節(jié)單元基于饋源波束生成的響應(yīng)波束，基于當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束與待調(diào)節(jié)單元的響應(yīng)波束的距離差，得到期望激勵(lì)相位；入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)導(dǎo)通；入射相位與期望激勵(lì)相位之差處于預(yù)設(shè)范圍外，控制當(dāng)前待調(diào)節(jié)單元的二極管結(jié)構(gòu)斷開(kāi)；重復(fù)上述步驟直至遍歷每個(gè)待調(diào)節(jié)單元，完成待調(diào)節(jié)超表面單元中二極管結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)。本申請(qǐng)可通過(guò)軟件算法靈活控制天線(xiàn)輻射方向及天線(xiàn)增益，可滿(mǎn)足網(wǎng)橋在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的需求，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)橋天線(xiàn)節(jié)約了硬件資源。

技術(shù)研發(fā)人員：趙晨曦,閆富貴,周養(yǎng)浩,鄧志吉,方勇軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大華技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23