基于纸质被动智能反射表面的毫米波和亚太赫兹波段波束成形技术

《Advanced Engineering Materials》：Millimeter-Wave and Sub-Terahertz-Band Beamforming Facilitated by Paper-Based Passive Intelligent Reflecting Surfaces

低成本的纸基智能反射面通过喷墨打印导电银纳米材料，可在毫米波和亚太赫兹频段实现电磁波前向控制与异常反射角（0°入射时达30°），较铜板增益提升12dB，百GHz原型增益达8dB。其波束形成效率与印刷分辨率和基板厚度相关，可拓展物联网和6G系统的非视距通信覆盖。

　　

摘要

本文提出了一种低成本的无源智能反射表面，该表面通过喷墨技术打印在纸质基板上，用于塑造毫米波（mmWave）和亚太赫兹（sub-THz）频段的电磁波前并控制反射波的方向。与传统需要电路元件、FPGA和直流电源的智能反射表面（IRS）不同，这种无源IRS使用廉价的纸质基板和导电纳米银墨水，在2π周期内实现相位梯度。仿真和实验结果表明，这些无源IRS能够将入射的毫米波和亚太赫兹信号引导至异常反射角度。对于0°的入射角（θ_i），28 GHz频段的IRS可将入射波反射至30°的异常反射角度，其反射强度比铜板高出约12 dB；另一个100 GHz频段的原型样品的异常反射强度比铜板高出8 dB。IRS的波束成形效率与打印分辨率和基板厚度密切相关，这在实际的无线通信环境中至关重要。这些无源IRS能够将通信信号传输到非视距（NLOS）位置，从而扩展现有和下一代无线网络的覆盖范围。其低成本和简单的制造工艺支持大规模生产，有助于在未来无线通信系统（如物联网和6G）中的广泛应用。

图形摘要

本研究提出了一种低成本喷墨打印的智能反射表面（IRS），用于控制毫米波和太赫兹频段的电磁波前，以将无线信号传输到非视距（NLOS）位置。实验结果表明，这种IRS能够实现这一功能，并有望应用于未来的无线通信系统，例如物联网和6G。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。