[实用新型]一种透明超表面构成的电磁空间调控系统

说明书

本实用新型公开一种透明超表面构成的电磁空间调控系统，包括至少一个透明超表面、至少一个驱动及控制模组和自适应调控处理器：其透明超表面为多个超构材料单元周期性或者非周期性排列形成，所述超构材料单元至少由上层透明薄膜功能层、透明基板及下层透明薄膜功能层单层或多层复合构成可透光的结构；驱动及控制模组对电调控元件进行驱动和控制，实现透明超表面对电磁波幅度、相位、频率、极化等参数进行调控的功能；自适应调控处理器实现自适应调控的策略和方法、以及协同处理、甚至对策略和方法进行训练和优化。本实用新型提出的基于透明超表面构成的电磁空间调控系统，可实现室内覆盖优化、以及室外无线传输优化的应用。

技术领域

本实用新型涉及新型人工电磁材料表面技术领域，尤其是一种透明超表面构成的电磁空间调控系统。

背景技术

超构材料是指具有亚波长尺度的单元按一定的宏观排列方式(周期性或非周期性)形成的人工复合结构。由于其基本单元和排列方式都可任意设计，因此能突破传统材料在原子或分子层面难以精确操控的限制，构造出传统材料与传统技术不能实现的超常规媒质参数，进而对电磁波进行高效灵活调控，实现一系列新奇的物理特性和应用。近二十年来，超构材料一直是物理和信息领域的国际前沿，以等效媒质理论为基础，在变换光学等方法指导下，新型电磁结构设计不断涌现，例如电磁隐身衣、隐身地毯、完美吸波体、电磁黑洞等，引起了世界各国科学家和政府组织的高度关注。

新型人工电磁表面，又名超表面，可通过设计其单元特性以及空间排布，控制电磁波的幅度、相位、极化、波束、轨道角动量等参数，实现电磁能量的偏折、聚焦、吸波等功能，可用于天线、成像等领域。信息超表面进一步使用信息论的方法在超表面单元与数字信息之间建立联系，用二进制数字0/1编码来表征超表面单元，并通过各种可调手段对电磁波各参数进行实时动态调控，用同一信息超表面实现不同的功能，如波束扫描、极化转换、幅度/相位调制等，在通信、雷达、隐身等领域具有广阔的应用前景。在第五代无线通信(5G)体系中，大规模多输入多输出(MIMO)天线与毫米波技术得到了广泛应用，对通信系统硬件架构中射频链路与天线提出了新的要求，在成本、性能、功耗、集成度等方面面临新的挑战。然而信息超表面因其成本低廉、易于集成、能耗低等特点，将为5G通信系统硬件设计带来新的思路。

5G以及下一代的无线通信领域一个重要的优势就是毫米波技术的应用，虽然毫米波带来了更宽的频谱利用带宽、更快的传输速率、更大的传输容量，但其穿透性比传统的Sub-6G频段的信号要差很多，限制了对于一些楼宇或者交通工具(如火车)的无线信号的覆盖与接入。信息超表面作为一种智能的电磁调控表面，例如东南大学崔铁军院士课题组在CN 110336575A 中提出的“一种应用于小区基站无线通信的信息超表面智能处理系统”，可以自适应地对空间电磁波进行二次调控，解决无线通信中多径衰落和路径损耗问题，改善通信质量，优化信道性能，降低硬件复杂度，实现低成本，低功耗、低辐射的智能无线通信环境。然而，目前的电磁调控表面研究多局限于以聚酰亚胺、聚四氟乙烯等刚性或者柔性介质材料，所设计的图案多采用金属贴片的方式刻蚀或者电镀在介质层上，再将这种结构覆盖在金属体上，以调控目标体的散射特性。而金属贴片/介质基材/金属层结构由于无法实现对可见光透明，在火车/ 客车/轮船等交通工具的车厢/座舱玻璃、车窗玻璃、建筑物的外墙玻璃/玻璃外立面等领域、实现无线信号调控的需求无法满足，尤其是传统的多谐振结构大多是利用多层堆叠技术来实现带宽的扩展，这样对于透明电磁调控表面而言，造价高、且制造困难，最大的缺点是透光性能会出现严重的恶化。

目前团队前期在CN106252897A和CN106356636A分别公开了透明电磁超表面的方案，实现了可见光透明、且具有优异的电磁波调控性能，主要是吸收或者分散反射回波，且均为无源、非可重构的，一旦设计完成，性能及调控能力已经固化，不能根据外界电磁环境和场景的变化进行自适应地调控。

实用新型内容