本發(fā)明大體上涉及輻射無線電波的天線領域。具體地，本發(fā)明涉及一種頻率選擇表面(frequency?selective?surface，fss)結構，用于根據(jù)施加到fss結構的外部輸入來反射和傳輸無線電波，還涉及一種包括fss結構的天線裝置。

背景技術：

1、可重構智能表面(reconfigurable?intelligent?surface，ris)能夠以可控的方式影響天線輻射方向圖，因此對于即將到來的第六代(6g)通信系統(tǒng)極具吸引力。ris可以基于各種超材料、電磁帶隙結構或人工磁導體。在沒有前端移相器的情況下，可調諧超材料可能尤其有益于波束掃描。除了考慮平面天線陣列，通過3d打印或對介質材料(如介電諧振器天線)進行3d成型實現(xiàn)的天線可能是高性能6g通信系統(tǒng)的一個重要研究領域。

2、一般情況下，現(xiàn)有的ris通常實現(xiàn)為不同種類的基于石墨烯的衰減器、吸收結構和反射面。然而，這些ris均是不可調諧的，即對于無線電波來說，這些ris只能是透明的或反射的。例如，這是因為這種ris通常使用不兼容透明狀態(tài)和反射狀態(tài)的導體結構，和/或阻止實現(xiàn)透明狀態(tài)的接地連接(例如，接地層)。為了解決這些問題，需要一種復雜的多層導體結構。

3、另一種潛在方案是使用pin二極管連接導體結構，以實現(xiàn)透明狀態(tài)和反射狀態(tài)。然而，這種方案僅限于10ghz以下的頻率范圍，并且會導致典型值為至少3db的高插入損耗。由于pin二極管在更高頻率下會具有電容性質，因此，pin二極管的性能會受到影響，這也限制了其工作頻率范圍。基于pin二極管的ris還需要復雜的電壓饋電網絡，該電壓饋電網絡可能包括數(shù)千個組件。當在毫米波范圍內使用時，組件的數(shù)量急劇增加，從而使電壓饋電網絡的功耗和實際實現(xiàn)方式變得不再實用且不再可行。

技術實現(xiàn)思路

1、本
技術實現(xiàn)要素：
簡單介紹了一些概念，在具體實施方式中會進一步描述這些概念。本發(fā)明內容既不旨在標識本發(fā)明的關鍵特征，也不旨在限制本發(fā)明的范圍。

2、本發(fā)明的目的是提供一種能夠增強無線電波的波束轉向的fss結構。

3、上述目的是通過所附權利要求中獨立權利要求的特征來實現(xiàn)的。進一步的實施例和示例從從屬權利要求、具體實施方式和附圖中是顯而易見的。

4、根據(jù)第一方面，提供了一種fss結構。所述fss結構包括介質襯底和設置在所述介質襯底上的至少一個片狀元件。所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件由可調諧材料制成。所述可調諧材料可響應于施加到所述可調諧材料上的電信號，在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換。所述可調諧材料用于在所述第一狀態(tài)下反射無線電波，并在所述第二狀態(tài)下傳輸所述無線電波。所述fss結構還包括導電子結構，所述導電子結構用于將所述電信號施加到所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件的所述可調諧材料上。所述導電子結構包括至少一個第一導體和至少一個第二導體。所述至少一個第一導體連接到所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件。所述至少一個第二導體設置在所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件附近，使得所述至少一個第二導體與所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件之間存在間隙。通過使用這樣配置的fss結構，可以在很寬的角度范圍(例如，對于6ghz以下的應用，最高可達360°)內提供波束轉向，并實現(xiàn)高增益。此外，通過使用fss結構中的這種導電子結構，可以為射頻(例如，毫米波頻率)提供簡化的電壓饋電網絡(與現(xiàn)有ris中使用的電壓饋電網絡相比)。此外，為達到所需的波束轉向角度范圍，這樣配置的fss結構需要的組件(例如，1至4個片狀元件)數(shù)量減少(與現(xiàn)有的ris相比)。最后，當在建筑物的墻壁和/或屋頂?shù)壬鲜褂胒ss結構時，如果可調諧材料處于第二(透明)狀態(tài)，則fss結構可以向建筑物內的用戶提供無線覆蓋范圍(例如，通過窗玻璃)；如果可調諧材料處于第一(反射)狀態(tài)，則fss結構將無線電波重定向到建筑物外的用戶。

5、在第一方面的一個實施例中，所述至少一個第二導體包括多個分離導體，所述多個分離導體圍繞所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件設置在所述介質襯底上。通過以這種方式實現(xiàn)第二導體，可以使導電子結構(以及fss結構本身)在材料消耗方面的成本更低。

6、在第一方面的一個實施例中，所述至少一個第二導體被配置為連續(xù)導電層，所述連續(xù)導電層圍繞所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件設置在所述介質襯底上。通過以這種方式實現(xiàn)第二導體，可以將電信號(例如，電壓)均勻地施加到每個可調諧材料上。

7、在第一方面的一個實施例中，所述至少一個第二導體設置在所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件上。在本實施例中，所述至少一個第二導體與所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件之間的所述間隙填充有介質材料層。當需要使fss結構更緊湊時，第二導體的這種設置可能是有利的。

8、在第一方面的一個實施例中，所述至少一個第二導體被配置為導電網格，所述導電網格設置在所述介質材料層上。通過使用導電網格，可以將電信號均勻地施加到可調諧材料的整個表面上，同時幾乎不干擾可調諧材料的第二(透明)狀態(tài)。

9、在第一方面的一個實施例中，所述介質襯底和所述至少一個片狀元件分別具有基于所述無線電波的波長選擇的厚度。這樣，當可調諧材料處于第二(透明)狀態(tài)時，可以實現(xiàn)完全透明的fss結構。

10、在第一方面的一個實施例中，所述可調諧材料包括：零帶隙半導體、金屬絕緣體過渡(metal?insulator?transition，mit)基材料、過渡金屬氧化物(transition?metaloxide，tmo)基材料或其組合。這些材料在毫米波頻率下表現(xiàn)出更好的特性，從而提高了fss結構在這些頻率下的性能。

11、在第一方面的一個實施例中，所述可調諧材料還可響應于所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件上的熱作用，在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)之間切換。通過使用這種可調諧材料，可以(單獨或組合)使用兩種不同的方法來控制fss結構(即通過施加電輸入信號和熱輸入信號)，從而更靈活地使用fss結構。

12、在第一方面的一個實施例中，所述至少一個片狀元件包括彼此相鄰設置在所述介質襯底上的多個片狀元件。在本實施例中，所述導電子結構的所述至少一個第一導體包括多個第一導體，所述多個第一導體分別連接到所述多個片狀元件中的一個片狀元件，所述導電子結構的所述至少一個第二導體包括多個第二導體，所述多個第二導體分別設置在所述多個片狀元件中的一個片狀元件附近并與所述片狀元件具有間隙。通過使用這種多元件fss結構，可以通過在fss結構的各個片狀元件的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換來同時反射和傳輸無線電波。因此，fss結構可以同時向建筑物內部和外部的用戶提供無線覆蓋范圍。

13、在第一方面的一個實施例中，所述多個片狀元件的數(shù)量選擇為，使得響應于所述電信號在所述多個片狀元件中的每個片狀元件中生成的電場均勻分布在所述片狀元件上。這樣，多個片狀元件中的每個片狀元件可以更高效地反射或傳輸無線電波。

14、根據(jù)第二方面，提供了一種天線裝置。所述天線裝置包括殼體和至少一個天線振子，所述至少一個天線振子設置在所述殼體中并用于發(fā)射無線電波。所述天線裝置還包括根據(jù)第一方面的至少一個fss結構。所述至少一個fss結構中的每個fss結構至少部分設置在所述無線電波傳播路徑上的所述殼體中。所述天線裝置還包括電源，所述電源用于經由導電子結構將電信號施加到所述至少一個fss結構中的每個fss結構中的至少一個片狀元件中的每個片狀元件的可調諧材料上。通過使用天線裝置中的fss結構，可以高效地調整天線裝置的輻射方向圖。

15、在第二方面的一個實施例中，所述至少一個fss結構中的每個fss結構設置在所述至少一個天線振子的近場和所述至少一個天線振子的遠場之間。通過以這種方式設置fss結構，可以避免顯著的阻抗匹配退化。此外，fss結構的這種設置可以確保天線裝置的輻射方向圖中不會出現(xiàn)柵瓣。最后，將fss結構設置在天線振子的近場和遠場之間的某處可以使天線裝置更緊湊。

16、在第二方面的一個實施例中，所述至少一個fss結構中的每個fss結構設置在所述至少一個天線振子的遠場中。通過將fss結構設置在天線振子的遠場中，可以提高天線裝置的性能(與將fss結構設置在天線振子的遠場和近場之間的情況相比)，但這樣會使天線裝置的總尺寸增大。

17、在第二方面的一個實施例中，所述天線裝置還包括溫控元件，所述溫控元件用于對所述至少一個fss結構中的每個fss結構中的所述至少一個片狀元件中的每個片狀元件施加熱作用。通過使用這種溫控元件，可以提供其它用于控制fss結構(即通過對fss結構施加熱作用)的方法。

18、在第二方面的一個實施例中，所述至少一個fss結構的形狀為中空盒或中空管，所述至少一個天線振子設置在所述中空盒或中空管中。fss結構的這種配置可以更高效地調整天線裝置的輻射方向圖。

19、通過閱讀下面的具體實施方式并回顧附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點是顯而易見的。