低成本多面板可重构智能表面系统的分析与实验：用于毫米波波段的信号增强

一种低成本毫米波波束聚焦与动态扫描系统研究

　　

摘要：

本研究提出了一种低成本提升毫米波（mm-wave）功率水平的新方法。假设毫米波基站（BS）位于固定位置，用户设备（UE）处于远场（FF）区域，一束具有已知传播方向的平面波会照射到特定区域。在平面波的视场范围内设计并安装了一个大型、预先设计好的固定焦点被动表面（S1），用于将波束反射并聚焦到近场（NF）区域的另一面墙上。在另一面墙上安装了一个小型可重构智能表面（RIS）设备，该设备能够接收聚焦后的波束，并将其动态引导至UE所在的位置。通过这种方案，可以将大量能量聚焦到UE上，从而增强信号强度。所有组件均通过全波电磁仿真进行建模，并讨论了设计毫米波系统的最佳方法。制作了一个原型，并在26 GHz频率下进行了测试，以验证二维波束转向功能。该大型被动固定波束表面采用单层印刷电路板（PCB），尺寸为20×20厘米；RIS由7×7个元件组成，尺寸为14×14厘米。为简化测试，采用了1位机械调谐元件。测量结果显示，二维波束转向的精度约为±50度，增益带宽约为10%。分析了两个表面的辐射特性，并得到了在一般条件下的接收功率表达式。由于采用了简单的PCB设计和小型RIS，整个系统的实现成本非常低。此外，由于被动表面面积较大且RIS体积较小，与传统的RIS相比，系统功耗可以显著降低。