面向慢时变场景的高分辨率可重构智能表面设计

《Electronics》：Design of a High-Resolution Reconfigurable Intelligent Surface for Slowly Time-Varying Scenarios

　　

摘要

可重构智能表面（RISs）正成为 5G/6G 系统中优化无线传播环境的关键使能技术。本文提出了一种针对慢时变场景的高分辨率 RIS 的设计、表征与控制方案，在此类场景中，细粒度且稳定的相位控制比快速重构更为重要。基于 OpenRIS 单元布局，该单元经过重新优化以实现单极化操作，并通过单个变容二极管实现连续相位调谐；该设计利用了高分辨率数模转换基础设施所支持的全调谐范围，而非采用多位量化。该单元通过 COMSOL Multiphysics 中的全波三维有限元仿真进行分析，并经过优化以在 5G N78 频段（3.60–3.78 GHz）内最大化反射相位摆度，同时限制幅度调制。该设计在 WR-284 波导夹具中进行了实验验证，在谐振附近表现出接近全 的相位摆度，在任意给定频率下的偏置扫描中幅度变化低于 1 dB，而平均反射水平从中心到上限带边降低了约 2 dB。五阶多项式相位 - 电压校准数据被馈送至查找表，该查找表驱动一个基于 Python 人机界面、服务器以及 STM32 控制的 16 位数模转换器的分层控制系统。实验测量证实，控制链在测量不确定度范围内将指令偏置电压传输至寻址单元；阵列级波束成形是在理想化（单位幅度）假设下于仿真层面进行评估的，而组装表面的实验表征留待后续工作完成。