本发明涉及智能表面领域，特别是涉及一种智能全向表面。
背景技术：
：目前，智能表面大多为可重构智能表面，当将可重构智能表面置于无线网络中，并使其作为无线传播环境的一部分时，虽然能够达到扩展无线覆盖的目的，但是由于可重构智能表面上各单元要么反射率接近于0，要么透射率接近于0，因此只有一侧的无线覆盖可以得到扩展。以反射率为0为例来说，当接收机位于反射区时，由于入射到可重构智能表面各单元上的信号不会被反射，所以该接收机接收到的信号和原来的一样，所以覆盖没有扩展；而当接收机位于透射区时，由于入射到可重构智能表面各单元上的信号可以透过该单元，并传到接收机处，所以接收机接收到的信号的功率增强，所以覆盖增加，这样仅有一侧的覆盖可以得到扩展。因此，目前的可重构智能表面存在无法使两侧的无线覆盖都可以得到扩展的缺点。技术实现要素：基于此，有必要提供一种智能全向表面，以使得两侧的无线覆盖都可以得到扩展，从而扩大覆盖范围。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种智能全向表面，包括：智能表面阵列和与所述智能表面阵列连接的数字控制模块；所述智能表面阵列包括多个智能表面单元；各所述智能表面单元均包括镜像对称设置的两层表面层；各所述表面层均包括基片和设置在所述基片上的二极管；各所述智能表面单元均与所述数字控制模块连接；所述数字控制模块用于控制各所述智能表面单元的偏置电压，以改变所述智能表面单元的反射相位和透射相位。可选的，所述表面层还包括：金属片、地层和馈线；所述金属片设置在所述基片的上表面；所述地层沿所述基片的边缘设置在所述基片的上表面；所述金属片的边缘与所述地层的边缘存在间隙；所述二极管的一端与所述金属片连接；所述二极管的另一端与所述地层连接；所述馈线设置在所述基片的下表面；所述馈线与所述金属片连接；所述馈线与直流电源的一端连接；所述地层与所述直流电源的另一端连接。可选的，所述基片的中心开设有通孔；所述馈线通过所述通孔与所述金属片连接。可选的，所述二极管为pin二极管。可选的，所述基片为f4b基片。可选的，所述金属片设置在所述基片的上表面的中心处。可选的，所述基片和所述金属片均为方形结构；所述金属片的尺寸小于所述基片的尺寸。可选的，所述地层为封闭的方框形结构。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出了一种智能全向表面，该智能全向表面中的智能表面阵列由多个智能表面单元构成，每个智能表面单元均镜像对称设置两层表面层，并在每个表面层的基片上设置二极管，数字控制模块使得二极管两端具有两种偏置电压。对应于二极管两端的两种偏置电压，本发明中的这种智能表面单元的结构可以保证在设计的频点获得足够的透射相位差和反射相位差，且反射率和透射率都较大，入射信号既会被反射也会透过单元，所以不论接收方位于哪一侧，都可以接收到智能全向表面反(透)射的信号，这样将接收到的信号和原来的信号(没有智能全向表面时的接收信号)叠加，从而使得接收信号的功率增大，接收信噪比提高，因此覆盖得到增强。与现有的可重构智能表面相比，本发明能使得两侧的无线覆盖都可以得到扩展，从而扩大覆盖范围。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的智能全向表面的结构图；图2为本发明实施例提供的智能表面单元的结构图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。现有的可重构智能表面无法实现反射率和透射率都不为0。本发明首先，从原理上说明实现反射率和透射率都不为0的可行性。从原理上来说，超表面单元的反射系数和透射系数满足：其中，η为超表面两侧的介质的波阻抗，对于真空而言，η＝377ω；ze表示超表面的表面电阻抗，zm表示超表面的表面磁阻抗。当选取合适的ze以及zm时，就可以使得透射率t以及反射率r同时不为0。而超表面单元的结构会影响到ze以及zm，所以通过合理设计超表面单元的结构就可以使得透射率t以及反射率r同时不为0。基于这一原理，本实施例提供了一种可以使得透射率t以及反射率r同时不为0的智能全向表面。本实施例中的智能全向表面(ios)是一个薄层，其厚度远小于工作波长。图1为本发明实施例提供的智能全向表面的结构图。参见图1，智能全向表面包括：智能表面阵列1和与所述智能表面阵列1连接的数字控制模块2(ioscontrolloer)。所述智能表面阵列1包括多个智能表面单元3；每个智能表面单元3均集成两个二极管4，在两种不同的偏置电压下，智能表面单元3呈现两种不同的反射相位和透射相位。通过数字控制模块2，可以实现对各个单元的偏置电压的控制。如图2所示，各所述智能表面单元3均包括镜像(镜面)对称设置的两层表面层；各所述表面层均包括基片5和设置在所述基片5上的二极管4；各所述智能表面单元3均与所述数字控制模块2连接；所述数字控制模块2用于控制各所述智能表面单元3的偏置电压，以改变所述智能表面单元的反射相位和透射相位。控制智能表面单元的反射相位以及透射相位的原因如下：首先给出发射方发射的信号传到接收方后的接收信号模型：其中xo表示在传播过程中没有和智能全向表面相互作用的信号；xi表示入射到第i个智能表面单元，并和其发生相互作用之后传到接收方的信号。智能表面单元的反射相位以及透射相位是会影响到xi的相位的。如果智能表面单元的相位是不可调的，那么有可能出现各个xi的相位没有对齐从而使得各信号干涉相消。而如果是可调的，那总可以通过调整相位使得各信号的相位尽量对齐，从而避免出现干涉相消的情况。作为一种可选的实施方式，所述表面层还包括：金属片6、地层7和馈线8；所述金属片6设置在所述基片5的上表面；所述地层7沿所述基片5的边缘设置在所述基片5的上表面；所述金属片6的边缘与所述地层7的边缘存在间隙；所述二极管4的一端与所述金属片6连接；所述二极管4的另一端与所述地层7连接；所述馈线8设置在所述基片5的下表面；所述馈线8与所述金属片6连接；所述馈线8与直流电源的一端连接；所述地层7与所述直流电源的另一端连接。所述基片5的中心开设有通孔9；所述馈线8通过所述通孔9与所述金属片6连接。作为一种可选的实施方式，所述金属片6可以为平面金属片，所述基片5可以为f4b基片，所述二极管4可以为pin(positive-intrinsic-negative)二极管。所述平面金属片可以印制在所述基片5的正面，该平面金属片和四周的地层7之间跨接一个pin二极管。对应于pin二极管两端的两种偏置电压，智能表面单元3可以保证在设计的频点获得足够的透射相位差和反射相位差，且反射率和透射率都较大。基片5背面的馈线8通过通孔9与基片5正面的金属片6相连。直流电源两极分别和地与馈线8相连，从而为二极管4提供偏置电压。作为一种可选的实施方式，所述金属片6设置在所述基片5的上表面的中心处。所述基片5和所述金属片6均为方形结构；所述金属片6的尺寸小于所述基片5的尺寸。所述地层7为封闭的方框形结构。在cst仿真软件中，基于上述的智能表面单元3的结构，通过参数扫描，即可确认具体结构的形式，例如金属片6的具体尺寸等。本实施例中，设计频点处为3.6ghz，在设计的频点处，整个微粒(智能表面单元)的尺寸为0.344λ×0.17λ×0.085λ。其中，λ为智能全向表面的工作频率所对应的波长。单元的反射系数和透射系数如表1所示：表1反射系数透射系数偏置电压10.46,20度0.58,-60度偏置电压20.55,-145度0.81,123度表1中的偏置电压指的是所有二极管上的偏置电压。具体来说，将某个智能表面单元集成的两个二极管记为二极管1和二极管2。二极管1的偏置电压记为v1；二极管2的偏置电压记为v2，表1中的偏置电压指的就是由二极管1和二极管2组成的有序数对(v1,v2)。偏置电压1和偏置电压2为有序数对的两组取值，可以分别为记为(v1a，和(v1b,)。为了清晰的说明表1中各个数值的具体含义，首先定义一些符号。假设入射波、反射波、透射波是线极化，且都是单频信号。将入射波在参考点处的电场强度(或者磁感应强度)的振幅和相位分别记为ai以及φi。将反射波的振幅相位记为ar以及φr，将透射波的振幅相位记为at以及φt。表1中反射系数中的两个量分别指：和φr-φi；而透射系数中的两个量分别指和φt-φi。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种智能全向表面，其特征在于，包括：智能表面阵列和与所述智能表面阵列连接的数字控制模块；
所述智能表面阵列包括多个智能表面单元；各所述智能表面单元均包括镜像对称设置的两层表面层；各所述表面层均包括基片和设置在所述基片上的二极管；各所述智能表面单元均与所述数字控制模块连接；所述数字控制模块用于控制各所述智能表面单元的偏置电压，以改变所述智能表面单元的反射相位和透射相位。
2.根据权利要求1所述的一种智能全向表面，其特征在于，所述表面层还包括：金属片、地层和馈线；所述金属片设置在所述基片的上表面；所述地层沿所述基片的边缘设置在所述基片的上表面；所述金属片的边缘与所述地层的边缘存在间隙；所述二极管的一端与所述金属片连接；所述二极管的另一端与所述地层连接；所述馈线设置在所述基片的下表面；所述馈线与所述金属片连接；所述馈线与直流电源的一端连接；所述地层与所述直流电源的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的一种智能全向表面，其特征在于，所述基片的中心开设有通孔；所述馈线通过所述通孔与所述金属片连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能全向表面，其特征在于，所述二极管为pin二极管。
5.根据权利要求1所述的一种智能全向表面，其特征在于，所述基片为f4b基片。
6.根据权利要求2所述的一种智能全向表面，其特征在于，所述金属片设置在所述基片的上表面的中心处。
7.根据权利要求2所述的一种智能全向表面，其特征在于，所述基片和所述金属片均为方形结构；所述金属片的尺寸小于所述基片的尺寸。
8.根据权利要求7所述的一种智能全向表面，其特征在于，所述地层为封闭的方框形结构。
技术总结本发明公开了一种智能全向表面。所述智能全向表面包括智能表面阵列和与智能表面阵列连接的数字控制模块；智能表面阵列包括多个智能表面单元；各智能表面单元均包括镜像对称设置的两层表面层；各表面层均包括基片和设置在基片上的二极管；各智能表面单元均与数字控制模块连接；数字控制模块用于控制各智能表面单元的偏置电压，以改变所述智能表面单元的反射相位和透射相位。本发明能使得两侧的无线覆盖都可以得到扩展，从而扩大覆盖范围。
技术研发人员：宋令阳;曾书豪;张泓亮
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2020.11.13
技术公布日：2021.03.12
