具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的可实现太阳能自供电的混合可重构智能反射表面进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种可实现太阳能自供电的混合可重构智能反射表面的结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种可实现太阳能自供电的有源反射元件的结构示意图。该混合可重构智能反射表面包括中间规则排列的多个有源反射元件1、外围规则排列的多个无源反射元件2、以及分别连接有源反射元件1和无源反射元件2的RIS控制器3，其中，RIS控制器3用于控制有源反射元件1上的入射信号的相位和幅度，以及控制无源反射元件2上的入射信号的相位。有源反射元件1和无源反射元件2的尺寸大小可根据实际需求进行确定。

有源反射元件1自上而下依次包括有源反射元件层11、半导体晶体层12、贴片电感层13、第一金属背板14以及第一控制电路板15，第一控制电路板15连接至RIS控制器3；有源反射元件层11、半导体晶体层12和第一金属背板14构成太阳能电池，所述太阳能电池能够将入射到有源反射元件1的光转换为电能以向第一控制电路板15和RIS控制器3供电。换句话说，本实施提供了一种太阳能电池与混合可重构智能反射表面集成的一体化结构，其中，无源反射元件不需要集成太阳能电池，有源反射元件设计集成太阳能电池，最后将两者拼接起来。

具体地，有源反射元件1的有源反射元件层11位于半导体晶体层2的上表面，分别通过馈线4与去耦电路16和第一控制电路板15相连接。有源反射元件层11是由辐射贴片构成，所述辐射贴片、半导体晶体层2和第一金属背板14构成太阳能电池，辐射贴片作为反射元件层的同时也作为太阳能电池的上电极。半导体晶体层2作为天线的介质基板。第一金属背板14位于半导体晶体层2的下方，作为太阳能电池板的衬底，并用作太阳能电池的一个输出电极。所述太阳能电池之间通过贴片电感层13连接，即贴片电感层13连接各有源反射元件1的太阳能电池的底部。第一控制电路板15通过导线5分别与第一金属背板14和RIS控制器3连接。

在本实施例中，该混合可重构智能反射表面的反射原件层是由方形辐射贴片构成的均匀阵列，其中，无源反射元件层21是完整的方形金属贴片，而有源反射元件层11是设置在半导体晶体层12上表面的环状金属贴片，或者有源反射元件层11采用透明导电材料形成方形贴片。

本实施例的半导体晶体层12采用单晶硅，单晶硅形成的太阳能电池光电转换效率高，制作工艺也最为成熟，光电转换率最高可达24.7％。

需要说明的是，由有源反射元件层11、半导体晶体层12和第一金属背板14构成的太阳能电池的导电层(即半导体晶体层)在有源反射元件层贴片辐射电磁波时会产生电磁耦合，必然影响到贴片的辐射性能。为了消除耦合效应，需要贴片和导电层相隔很大的距离，但这会使整个可重构智能反射表面的体积变大。鉴于此，本实施例在半导体晶体层12与第一金属背板14之间设置有贴片电感层13，利用电感通直流隔交流的性质，采用贴片电感层13连接各太阳能电池的底部，从太阳能电池中提取光伏产生的直流电流，同时也同时也阻隔了由于太阳能电池中交变的电流产生的变化的磁场对贴片辐射性能的影响。本实施例的贴片电感层13具体为把多个电感串联起来，集成在一个贴片上，形成一个贴片层。进一步地，如图2所示，有源反射元件1还包括去耦电路16，去耦电路16连接在有源反射元件层11与第一控制电路板15之间。具体地，该去耦电路16的一端连接到由有源反射元件的每个辐射贴片构成的整个有源反射元件层上面，而另一端连接到有源反射元件的控制电路板上。本实施例的去耦电路16为DC/RF去耦电路，包括并联的电阻R和电感L，其中，电阻R的一端连接有源反射元件层11，另一端连接第一控制电路板15；电感L的一端连接有源反射元件层11，另一端连接第一控制电路板15。去耦电路16能够减少直流总线对天线性能的影响，消除阻抗匹配性能的影响。

进一步地，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种有源反射元件中的第一控制电路板结构示意图。第一控制电路板15包括第一相移电路151、反射式放大器152、电源供应模块153，其中，相移电路151用于在RIS控制器3的控制下改变到有源反射元件1的入射信号相位；反射式放大器152用于在RIS控制器3的控制下改变到有源反射元件1的入射信号幅度；电源供应模块153用于储存太阳能电池产生的电能并向第一控制电路板15和RIS控制器3供电。优选的，电源供应模块153为蓄电池或者其他适当的可充电电源。

本实施例的RIS控制器3为FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)控制器。该FPGA控制器可以根据实际需求设定需要调节的有源反射元件1的入射信号相位和幅度，以及设定需要调节的无源反射元件1的入射信号相位。

进一步地，所述太阳能电池是将光能转换为电能并输送到控制电路板中的蓄电池里面储存起来。由于太阳光不同时间段的强弱不一样，所述太阳能电池输出的电压受光照的影响较大，因此要先经过一个稳压电路，再连接到控制电路板中将电能储存在蓄电池中，该蓄电池保证了电源能稳定持续为有源反射元件1供电，使其可在夜间和白天正常工作。即，在本实施例中，第一金属背板14与第一控制电路板15之间连接有稳压电路。需要说明的是，本实施例的稳压电路可以是任何适当的且能够对太阳能电池产生的电能进行稳压的电路。

进一步地，请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种无源反射元件的结构示意图。本实施例的无源反射元件2自上而下依次包括无源反射元件层21、第二金属背板22及第二控制电路板23，第二控制电路板23连接至RIS控制器3。第二控制电路板23包括第二相移电路，第二相移电路用于在RIS控制器3的控制下改变到无源反射元件2的入射信号相位。

本实施例的混合可重构智能反射表面工作原理为：

首先，太阳光通过有源反射元件上的辐射贴片(有源反射元件层)照射在半导体晶体层上的单晶硅PN结上后，产生电子-空穴对。继而在PN结势垒区内产生较强的内建电场，PN结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动。最后，光生载流子被太阳能电池的两极(即有源反射元件层11和第一金属背板14并在稳压电路进行稳压后收集并存储在蓄电池中，为第一控制电路板15和RIS控制器3供电。当有来自基站6的入射信号射入到该混合可重构智能反射表面上时，RIS控制器3会发送指定反射相位和幅度的命令至第一控制电路板15，第一控制电路板15通过调整第一相移电路15改变到达有源反射元件的入射信号的相位，由反射式放大器152放大入射信号的幅度，产生有源反射元件反射的波束7；同时RIS控制器3会发送指定反射相位的命令至第二控制电路板23，第二控制电路板23通过调整第二相移电路改变到达无源反射元件的入射信号的相位，产生无源反射元件反射的波束8，如图1所示。此外，有源反射元件层11与第一控制电路板15之间连接有去耦电路16，能够减少直流总线对天线性能的影响，消除阻抗匹配性能的影响。

本实施例的混合可重构智能反射表面相对单独的无源RIS可放大信号幅度，增加波束成形增益。将太阳能电池与有源反射元件集成，解决了其供电问题。总体上，本发明的混合可重构智能反射表面实现了通信设备的小型化，节能化，智能化，低成本和减少后期维护成本，符合6G通信的绿色节能，智能可控的目标。本实施例利用电感通直流隔交流的性质，采用贴片电感层连接各太阳能电池的底部，从太阳能电池中提取光伏产生的直流电流，同时也阻隔了由于太阳能电池中交变的电流产生的变化的磁场对贴片辐射性能的影响。此外，为了减少直流总线对天线性能的影响，采用去耦电路消除阻抗匹配性能的影响。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。