Reconfigurable Metasurface: Enabling Tunable Reflection in 6G Wireless Communications

Selvaraj, Monisha; Vijay, Ramya; Anbazhagan, Rajesh; Rengarajan, Amirtharajan

doi:10.3390/s23229166

开放式访问第条

可重构Metasurface：在6G无线通信中实现可调谐反射

印度塔贾武SASTRA大学EEE学院，邮编613401

^*

应向其寄送信件的作者。

传感器 2023,23(22), 9166;https://doi.org/10.3390/s23229166

收到的提交文件：2023年10月15日/修订日期：2023年11月8日/接受日期：2023年11月13日/发布日期：2023年11月14日

（本文属于特刊6G通信和无线传感器网络的天线和传播)

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摘要

:

随着技术的不断进步，人们越来越需要能够处理复杂应用的创新解决方案，例如触觉通信、智能城市物联网、自动化和制造。一种备受关注的技术是用于可重构智能表面的相位可重构亚表面（RIS）。RIS要求低功耗、简单配置、角度稳定性和偏振不敏感。相位可重构亚表面的使用具有成本低、功耗低、通信覆盖范围和质量改进等优点。本文介绍了一种可重构的组合环亚表面，它可以有效地控制相位反射。这是通过在单层金属结构内的2×2周期性阵列的两个元原子之间结合四个PIN二极管来实现的。通过控制PIN二极管的状态，可以将其转换为16种不同的状态，亚表面可以实现各种相位反射。该结构通过数值模拟和实验验证了32×32亚表面，并显示出良好的结果，表明其在6G应用中的潜力。

关键词：

亚表面;6G通信;反射智能表面;相位可重构亚表面;反射面

1.简介

在过去几年中，对高速可靠无线通信的需求显著增加。这一需求是由物联网网络的增长和5G等技术进步推动的[1]. 研究人员和工程师正在努力开发新技术，以提高无线网络的容量和覆盖范围，以应对日益增长的需求。反射智能表面（RIS）是无线通信研究中最有前途的新兴技术之一。RIS也被称为软件控制的亚表面，已被确定为在5G和6G通信系统的无线信道和传播环境中实现智能化的解决方案[2].

RIS是一种电磁元件的无源阵列，可以通过智能反射信号并控制反射波的相位、振幅和极化来重新配置无线传播。这些表面可以有效地操纵无线传播环境，提高信号质量和覆盖范围。RIS是通过将智能材料集成到墙壁或窗户等传统物体中来创建的，允许它们控制和操纵传输的信号。RIS是一个二维表面，具有许多亚波长元件，可以通过电子控制进行反射、折射或操纵[三,4]. RIS的基本架构如所示图1.

在与RIS相关的安全通信方面有几项充分的工作[5,6,7]，降低功耗[8]使用优化方法和模拟。文献中的大多数研究集中在RIS及其模拟的理论方面。然而，到目前为止，在RIS设计或硬件制造方面还没有取得很大进展。本文的文献部分将全面解释RIS的传输和反射形式，以实现RIS硬件设计的约束。

在早期的RIS设计中，作者对整个元膜的平均电磁场提出了广义的薄片过渡要求[9]. 他们计算了金属薄膜的透射和反射系数。通过控制元膜内散射体的极化密度，实现了“智能”和/或“可控”表面。利用球形磁-电粒子，获得了可控表面。球形磁-电粒子的可调性可能会受到限制，特别是在特定频率范围内，这可能会限制其在宽光谱范围内动态控制表面波和电磁场的有效性。球形磁-电粒子的尺寸可能会限制其在特定应用中的适用性，尤其是那些需要小型化和集成到紧凑型设备或系统中的应用。

支持使用“编码超材料”的“数字超材料”[10]它由两个单元单元组成，具有0和π相位响应。相位0和π可以按顺序排列，以产生不同的功能。作者最终提出“可编程超材料”。在超材料结构中实施编码方案可能会对实际实施以及与现有通信协议和标准的集成带来挑战，可能会限制其无缝融入商业通信网络。因此，一种称为混合谐振器的技术介绍了，作者[11]提出了一种双态可控相位反射器。这项技术是稳健的，并且会产生由可调节机构引起的波动。控制机构可以通过向表面添加电子元件来实现。变容二极管是一种独特类型的二极管，可以根据电压变化改变电容。调整单元电池的电容可以改变阻抗，从而控制反射波。

这项提议的工作重点是支持多功能的结构，以开发反射智能表面物理层设计。主要贡献是选择结构及其集成，以实现以下目标：

✓ 单层相位可重构反射亚表面结构解决了设计复杂性；
✓ 良好的角度稳定性和偏振灵敏度，解决现有RIS系统的最小覆盖问题；
✓ 通过有源设备进行相位重构，保持单元单元之间的理想相位差。

文献综述

的作者[12]通过应用周期性表面纹理来修改金属接地层的电磁特性。可以创建一个可调阻抗表面，在该表面上，偏置电压通过将变容二极管包含到纹理中来调节反射相位和谐振频率。可以调整表面以产生相位梯度，从而将反射光束引导+/-40°。作者提出了一种基于变容二极管的RIS，频率范围低于6GHz[13]. 建议的设计工作频率为3.5 GHz。构成建筑的单元有2430个单元。利用变容二极管重新排列反射光束。年提出了另一种基于变容二极管的RIS[14]并包含1100个在5.8 GHz下工作的受控元件。他们提出了一种通过空中定制RIS的实用方法。在短距离测量场景中，功率提升了27 dB。作者评估了RIS在500米户外长距离球场上的性能。RIS在外部测量设置中也表现良好。考虑了带有分裂环的变容二极管[15]. 使用所建议的单元单元，在24.5GHz下获得了277°的相移，最小反射振幅为0.5。年提出了一种基于变容二极管的RIS[16]. 该模型是为RIS辅助的环境后向散射通信系统量身定制的，建议的RIS大大提高了系统性能。尽管基于变容二极管的RIS性能更好，但它在控制和调制过程中消耗大量功率，导致无线设备和系统的能效较低，电池寿命较短。

另一个控制装置，PIN二极管，被认为是RIS的设计。PIN二极管具有低损耗、高耐久性、体积小、提高能源效率、延长电池寿命和低功耗的优点。根据作者在年提出的建议，PIN二极管被用于构建电可重构反射阵列[17]其中包括大量电子可重构微带贴片。然后，在[18]提出了一种2位低成本、高增益RIS。建议的结构在2.3 GHz时获得21.7 dBi，在28.5 GHz时达到19.1 dBi。作者提供了四元件组合RIS的相位和幅度响应。的作者[19]描述了一种基于毫米波PIN二极管的RIS。在仔细研究了基于PIN的亚表面之后，作者获得了接近28GHz频率范围的宽带。之后，作者创建了单位细胞并确认了其特征。

在[20]，作者提出了一种基于PIN二极管的RIS，工作频率为5.8GHz。利用计算机视觉辅助基于RIS的光束跟踪。摄像机用于获取RIS周围环境的视觉信息，摄像机捕获的数据用于将光束反射到所需的方向。建议的天线在近场和远场设置下进行了测试。在[21]提出了一种新型的2位晶胞。用这种设计实现RIS相对容易。在[22]提出了一种全新的5.8GHz工作频率的RIS型。在基本贴片后，考虑使用16×10单元阵列获得RIS，并在单元单元中添加PIN二极管。单位细胞在其1位工作机制上有一个寄生补丁。作者对单元电池的性能进行了数值分析。两种状态之间的反射幅度可以忽略不计，并且两种状态间的相位差为180°。年提出了一种64元件、2位高精度RIS[23]，其中FPGA可以单独控制每个元素。每个单元单元有两个PIN二极管，一个FPGA可以控制每个PIN二极管。建议的RIS可以偏转30°。在[24]提出了一个1位RIS来帮助无线通信克服路径丢失和阴影。在[25]，作者提出了一种适用于RIS辅助无线通信的改进路径丢失模型。

根据文献调查，克服诸如高功耗、复杂配置、角不稳定性和偏振不敏感等问题至关重要。RIS设计的意义如下：

✓ 对于实际活动，RIS应使用最少的功率至关重要；
✓ 为了降低设计复杂性，应配置RIS；
✓ RIS可以接收所有入射波，而不考虑其偏振，并且RIS应该处理入射角。建议的最大RIS对入射角敏感，且不与偏振无关。

因此，设计RIS为这项研究提供了巨大的空间。保持单元单元之间的理想相位差对RIS设计至关重要。另一方面，微小的制造缺陷可以显著改变相位差。因此，RIS的多功能特性有望用于无线通信。

2.拟建结构设计流程

2.1. 拟建单元单元的基本架构

Metasurface结构分为三层：顶部、中部和底部(图2). 每一层对频率响应的影响不同。

电磁装置的顶层由以特定方式排列的导电元件组成，以实现所需的频率响应。建议的设计结构采用方形循环亚曲面，因为它们具有高度的定制能力，可以调整循环的几何结构以满足我们的特定设计要求。此外，它与八角环亚曲面集成，以减少相邻元素之间的耦合，并显著提高亚曲面的整体性能。这种集成环路结构确保了从源反射的电磁波在特定方向上极化，大大减少了信号退化，并提高了整体质量。此外，在集成回路中使用带有二极管的三脚架亚表面有助于调整波的相位，甚至在存在障碍物或干扰的情况下也能精确地将波导向预期的接收器。

在这种结构中，铜（Cu）因其高导电性和低成本而成为首选金属层。中间层充当控制电磁波传播的基板。它将顶层和底层分开，衬底的选择对亚表面的正常功能至关重要。相对介电常数（ε_第页)厚度（t）是影响基板频率响应的参数。对于高频应用，首选相对介电常数较低的材料。Rogers RT/Duroid 5880，带ε_第页值2.2，是为该设备选择的基板。底层充当电磁装置背面的导电平面。然而，在单位单元的雷达截面模拟过程中，没有指定导电平面。在RIS的完整架构设计中，在背面放置一个导电平面，以阻挡传输波并提供有效的全反射。图3显示了元原子的结构，以及表1显示了元原子参数和值。

2.2. 可重构超曲面

研究人员已经探索使用亚表面和超材料在相位可配置系统中实现相位调制和可重构。在一项由[26]，利用PIN二极管设计了一种相位可重构的元表面，以动态控制电磁波的相位。文献综述还表明PIN二极管广泛应用于相位可重构亚表面。在亚表面中放置二极管对于实现所需功能和控制电流分布至关重要。所需的电流分布可以由需要实现的功能决定。将二极管战略性地放置在亚表面上，可以控制电流，从而实现图案的重新配置。它允许根据每个引脚二极管的开/关状态控制光束。将pin二极管放置在亚表面可以调整等效长度的插槽，从而改变结构内的电流分布。这可以通过策略性地将pin二极管放置在亚表面的特定位置，重新安排电流分布，并根据单个元件的电流分布实现所需的模式重新配置来实现(图4)，尝试将PIN二极管放置在单元单元的右侧边缘。这将导致电气长度变化，并使频率重新配置。因此，为了保持电长度并改变电流，它不是在超原子中使用PIN二极管，而是根据电流分布使用PIN二极管与亚表面相连。

拟议工程的当前分布如图4有助于在两个元件之间采用二极管。二极管的放置是基于元表面中的高电流。因此，由于第一单元单元顶部边缘的高电流，D1位于第一单元单元和第二单元单元的顶部边缘之间。同样，所有二极管都是根据建议工作的对称电流分布放置的，如图5四个二极管（D1、D2、D3、D4）用于2×2亚表面的大电流分布。亚表面两个元素之间的二极管如所示图5.

2.3. 交换机控制器

使用Arduino控制PIN二极管开关状态的能力已通过微控制器控制的嵌入式偏置网络实现[27]，这种电路设计消除了对直流电源和各种集总组件的需要，降低了设置的总体成本、重量和复杂性。微控制器（如ATMEGA 2560）控制PIN二极管的开关[28]. 它产生必要的控制电压来偏置PIN二极管，PIN二极管控制其射频开关状态。这种方法的基本优点是，微控制器可以精确和可编程地在“开”和“关”状态之间切换控制电压。此功能提供了控制PIN二极管开关定时的灵活性，允许根据特定应用要求进行定制。

此外，Arduino板提供了一个用户友好且易于访问的平台，用于编程和控制PIN二极管。此外，Arduino编程语言简化了控制逻辑的实现。总的来说，Arduino和微控制器控制的嵌入式偏置网络的使用为控制PIN二极管的开关状态提供了一种有效的方法。在这项工作中，PIN二极管由控制器控制，它们的状态可以通过电平转换器由键盘控制，以控制PIN二极管的正向电压，如中的框图所示图6.

3.性能模拟

7GHz至24GHz频率范围可支持广域覆盖和高容量，特别是随着6G的新技术进步。为了支持广域用例，全球讨论了X波段（8–12 GHz）和Ku波段（12–18 GHz）[29,30]. 因此，该拟议工作的频率涵盖Ku频段，操作中心频率为15.4GHz。

RIS的体系结构由多个层组成，每个层都有一个增强通信性能的特定目的。RIS架构的第一层包括被动反射元件，而第二层包括放置在被动反射元件下方的铜板。第三层也是最后一层是智能控制模块，负责控制和优化整个RIS系统的性能。

3.1. 第一层

第一层包含低成本的元件阵列，用作无线电信号的反射面。它们被设计为在期望的方向上有效地反射和重定向信号，增强信号强度和无线环境的覆盖范围。

3.1.1. 单位电池的研究

超曲面具有几个关键特性，使其非常适合操纵电磁波。亚表面技术的出现为精确操纵多维电磁波在各种应用中开辟了新的机会。此外，亚表面可以被设计成展示传统材料中不常见的独特现象。例如，亚表面可以启用负角折射，其中光线的弯曲方向与斯内尔定律预测的方向相反。由于其独特的亚表面特性，有效介质理论的分析至关重要。然而，在（1-3）中，有效介质参数的检索过程[31]显示了。

μ_{第页} \approx \frac{λ (1 - {S公司}_{21} + {S公司}_{11})}{j个 π d日 (1 + {S公司}_{21} - {S公司}_{11})}

(1)

ε_{第页} \approx μ_{第页} + j个 \frac{λ {S公司}_{11}}{π d日}

(2)

η_{第页} \approx \sqrt{\frac{λ}{j个 π d日} \{\frac{{({S公司}_{21} - 1)}^{2} - {S公司}_{11}^{2}}{{({S公司}_{21} + 1)}^{2} - {S公司}_{11}^{2}}\}}

(3)

图7a–c表示有效渗透率（μ_第页)、介电常数（ϵ_第页)，和折射率(

η_{第页}

). 在有效介质中，负峰出现在工作频率（15.4 GHz），衬底厚度为t，波长为λ。图7a–c显示，介电常数、磁导率和折射率曲线在15.4 GHz时传递负的实值和虚值。因此，该设计是一个亚曲面，并确认所提出的系统满足左手行为。

亚表面角稳定性分析研究了亚表面在不同入射角或视角下的作用。这种分析对于确定亚表面操纵电磁波的有效性至关重要。它确保了亚曲面的一致性和可靠性，无论它们被观察或交互的角度如何。正确选择结构有助于减少共振频率的变化。角度平均偏差（AMD）[32]可用于计算频率偏差，并可使用（4）确定TE和TM工作模式在不同入射角下的角稳定性。

δ {（f）}_{一 秒} = \sum_{我 = 0}^{n个} \frac{{（f）}_{第页}^{n个 o（o） 第页 米 一 我} - {（f）}_{第页}^{一_{我}}}{n个 {（f）}_{第页}^{n个 o（o） 第页 米 一 我}} \times 100 %

(4)

哪里

{（f）}_{一 秒}

,

{（f）}_{第页}^{n个 o（o） 第页 米 一 我}

,

{（f）}_{第页}^{一_{我}}

、和n分别是谐振频率的偏差、法向入射角下的谐振频率、不同入射角时的谐振频率以及入射角的数目。图8a、 b显示了拟建结构TE和TM模式下的各种入射角（0°至85°）曲线。对于来自源的每个入射信号（0°至85°），建议的结构以最小频率偏移的相同频率反射信号，如所示图8a、 b.根据收集的数据，我们可以识别频率偏差。计算出的角度平均偏差（AMD）描述了TE模式和TM模式频率偏差的最小百分比，分别为0.45%和1.01%。

超表面是操纵电磁波的一种越来越重要的技术。亚表面设计的一个关键方面是偏振不敏感。这意味着入射波的极化不会影响设备的性能。极化敏感性是传统设备的一个常见问题，在波的极化未知或无法控制的真实场景中，这可能会降低效率和性能。偏振不敏感使得设计的设备和系统能够在各种入射偏振下工作，从而提供更大的灵活性和适应性。为了实现偏振不敏感，亚表面必须对两个偏振入射波都具有稳定的工作频率。图9显示了S₂₁具有不同极化的元原子的曲线，遵循65°的法向入射角，考虑角度稳定性。在各种角度下，晶胞具有稳定的工作频率。

该系统提高了偏振不敏感性，不同偏振方向的平均最大偏差率约为0.027%。这证明了系统的稳定性和性能，使其成为一个更通用、更高效的操纵电磁波的平台。

基于上述分析，很明显，所提出的结构既满足角度稳定性又满足偏振稳定性，这使得它能够有效地用于可重构应用。

3.1.2. 可重构超曲面的研究

最近，人们越来越关注通过开发硬件解决方案来提高信号覆盖率。其中一个解决方案是可重构的亚表面，它由低成本的无源元件组成，这些元件可以通过电子编程来控制入射电磁波的相位[33]. 这项技术为控制和塑造无线电波的方向提供了一种有前途的方法。利用所提出的结构，PIN二极管可用于实现该方案。无需在单元单元内使用PIN二极管，二极管可以放置在两个元件之间。可以在2×2亚表面上添加四个PIN二极管，以实现相位重构。使用PIN二极管可确保谐振频率在相位变化时保持不变。在四个二极管的帮助下，可以实现2⁴相移的组合。

PIN二极管可以通过其正向和反向偏压状态下的等效电路进行分析，如所示图10进行了可重构亚表面分析，以研究亚表面中的相变。二极管的简单偏置电路施加>2V的电压。观察到当PIN二极管处于不同的偏置状态时，亚表面的单个开关有两种配置。这可以解释为：当二极管正向偏置时（RON=5.2Ω，LON=0.01 nH），由于二极管的微小电阻，2×2亚表面的两个超原子相互连接，并发生一些相位变化。相反，当二极管反向偏置时（C_关闭=0.03 pF和L_关闭=0.01 nH），小电容降低了每个元件的总电容，元件无法互连，其他相位发生变化。

图11结果表明，在2×2亚表面中所有四个二极管的反向和正向偏压期间，频带保持不变，提供了11至20GHz的反射带。通过偏置这四个二极管，可以实现16种不同的相位变化。这可以在中可视化图12，有关相位变化的详细信息，请参见表2.

表2反映了可重构亚表面的不同状态。二极管处于反向偏压（OFF状态）的状态用“0”表示，而正向偏压（ON状态）用“1”表示。结合D1、D2、D3和D4可以实现15 GHz谐振频率的不同相位变化。所提出的元表面可以达到的最大相位差为10°，最小相位差为4°。您还可以将相同的切换应用于32×32元元素阵列，以实现相位重新配置。为此，可以通过每个元件的导电通孔为32×32亚表面的每个2×2阵列使用四个二极管。您可以为所有二极管提供不同的偏置。例如，通过D1的正向偏置，可以激活32×32亚表面每2×2阵列中的第一个开关。根据信号的入射角，元件被激活，并反映如所示的图案图13.

3.2. 第二层

RIS中的第二层是铜平面。其目的是阻挡传输波并有效反射信号。当电磁波与地平面相互作用时，它们会产生驻波、衍射效应和其他干扰亚表面预期行为的干扰图案。然而，如果设计得当，铜平面可以与元表面相结合，达到特定的效果。例如，它可以用于光束控制或在所需方向反射波。为了实现这一点，应在距离反射面一定距离处添加铜平面。反射面和导电面之间的距离应为工作频率波长的一小部分。模拟设置图14显示了反射亚表面与铜平面之间距离的分析。

中描述的设置图14包括两个喇叭天线：一个用于传输（天线1），一个用于接收（天线2）。通过将入射信号引导到带有铜平面的反射面上，信号被完全反射，从而可以控制传输。分析亚表面和铜平面之间的距离（S），如所示图15显示在18毫米的距离处实现了完全反射。

3.3. 第三层

RIS的第三层配有智能控制模块和通信接口。控制模块调节无源反射元件的相移。它使用软件算法根据实时信道条件和系统要求确定反射元件的理想配置。该智能控制模块能够动态重新配置反射元件，从而实时自适应优化信号传播。通信接口充当RIS和无线通信系统其余部分之间的链路。它通过在RIS和其他网络组件之间交换控制信号和数据，促进无缝集成和操作。主要重点是控制被动反射元件的相移元件，这需要Arduino、键盘和电压控制器。

该过程的算法包括从键盘接收输入，根据按下的键选择状态，并向开关电路提供适当的偏置。通过开关状态，可以实现相移。表3解释了与键盘和PIN二极管的详细开关关系，电路的连接如所示图16.

小键盘按钮0到F可以控制表中的16种不同偏置条件。当使用键盘时，PIN二极管调整到各自的状态并改变相位。RIS的体系结构由无源反射元件、铜平面和控制模块组成，这些元件协同工作以操纵电磁信号并优化6G系统中的通信性能。

4.实验验证与评估

为了验证所提工作的性能，制作了一个32×32反射亚表面的原型，用于实验评估，如所示图17a.亚表面是使用印刷电路板（PCB）技术在Rogers RT/Daroid 5880基板上创建的，参数与结构相同。此外，反射超表面被图案化在衬底的顶表面上。对于可重构亚表面，PIN二极管MADP–000907–4020P如所示图17b、使用，每个2×2阵列元件使用四个二极管。图17c显示了用于控制PIN二极管的微控制器。

在测量设置期间，RIS的拟议架构被放置在周围有吸收器的位置。固定在支架上的单站雷达截面（RCS）装置由能够在12至18 GHz频率范围内工作的脊状喇叭天线组成。本实验中使用了测量装置1中使用的相同天线。测试设备位于喇叭前面，如图所示图18在电波暗室中进行了实验，以评估亚表面的反射特性，并将测量过程中的外部干扰和天线反射降至最低。样机的物理尺寸为14.4cm，阵列尺寸为14.4 cm×14.4cm。

图19比较了安捷伦科技公司（N9951A）的移动手持微波炉和EM模拟工具的测量和模拟结果。结果证实了所提出的结构在反映信号方面的有效功能。在图20a、 b，对于TE和TM偏振模式，分别在0°到85°的角度范围内显示了反射亚表面的角稳定性。结果表明，入射角的一致性很高，TE和TM模式的AMD分别为0.48%和1.08%。模拟和测量之间的最大偏差约为3%，这可能是由于制造公差造成的。尽管存在一些频率偏差，但测量结果与仿真结果吻合良好，从而验证了结果。

微控制器通过使用焊接在金属层顶部的导线的电平移位器（1.4 V）对所提出的结构进行偏置。当使用键盘时，亚表面中的二极管变得正向偏置，并导致相位变化。图21说明了所建议结构在几个状态下的相图。将测量结果与模拟结果进行比较，结果显示与模拟结果的差异仅为1%。通过研究该图，可以看到RIS在相位可重构性最大为10°、最小为4°的情况下有效工作。

测量每个状态的相位变化并记录在表4成功设计和开发了三层RIS体系结构，仿真结果与实测结果相吻合。

表5将现有的性能参数方面的工作与提出的工作进行了比较。据作者所知，单层高角度稳定相可重构反射亚表面不适用于RIS体系结构。据观察，所提出的主动设计在角度稳定性、编码类型、层数和偏振不敏感性方面比文献中报道的不同作品具有许多优势。亚表面设计的另一个问题是角度稳定性。与其他主动设计相比，建议的设计具有85°角稳定性。

此外，许多结构和多层结构使设计复杂化，影响了系统的可靠性和性能。建议的工作具有有效的单层结构。尽管如此[19]包含一个单层亚曲面，其开关特性只有2位编码。所获得的角度稳定性和重新配置范围证明了所提议的工作作为基本IRS的适用性。

5.结论

拟议的工作展示了一种三层结构的成功开发和测试，该结构用于频率为15 GHz的可重构反射亚表面。这种创新设计利用方形回路、八角形回路和三脚架亚表面实现高度定制、减少耦合和精确相位控制。此外，集成二极管和数字相位控制器证明了其在实现精确相位控制和偏振调整方面的有效性，从而提高信号质量并减少退化。这种简单的单层突破性设计是电气工程中的一个重要里程碑，对IRS物理层设计的未来技术进步具有巨大潜力。

作者贡献

概念化，R.V。；方法论，R.V。；软件，M.S。；验证，M.S。；形式分析，M.S。；调查，M.S。；资源R.V.和M.S。；数据管理硕士。；写入-M。S.草案编制，M.S。；写作审查和编辑，R.V.和R.A。；可视化，A.R。；监管，R.V。；项目管理，R.V.、R.A.和A.R。；资金收购、R.A.和A.R.所有作者均已阅读并同意手稿的出版版本。

基金

这项研究没有得到外部资助。

机构审查委员会声明

不适用

知情同意书

不适用。

数据可用性声明

数据包含在文章中。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

工具书类

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图1。RIS架构。

图2。单元元原子的结构。

图3。将环形超原子与三脚架结合。

图3。将环元原子与三极结合。

图4。2×2亚表面的电流分布。

图5。用PIN二极管等效电路重构2×2亚表面。

图6。开关控制器框图。

图7。有效介质的超表层分析：(一)有效渗透率；(b条)有效介电常数；(c（c）)有效折射率。

图8。入射角分析：(一)TE模式；(b条)TM模式。

图9。65°入射角的偏振分析。

图10。PIN二极管的等效电路。

图11。使用有偏差和无偏差的散射参数结果。

图12。各种开关状态的相位变化结果。

图13。32×32亚表面的图案。

图14。带喇叭天线的Metasurface模拟设置。

图15。表面和铜平面之间的距离分析。

图16。用于控制PIN二极管的微控制器体系结构。

图17。建议结构的原型。(一)元表面(b条)PIN二极管(c（c）)开关控制器。

图17。建议结构的原型。(一)超表层(b条)PIN二极管(c（c）)开关控制器。

图18。测量设置。

图19。反射面的测量和模拟结果。

图20。测量角度分析：(一)TE模式；(b条)TM模式。

图21。拟议工作的比较阶段结果。

表1。元原子参数。

参数	第一层	L2级	W公司	L3级	t吨
尺寸（mm）	4.5	4.3	0.3	1.075	0.508

表2。相位可重构亚表面结果。

州				频率（GHz）	相位变化（度）
第1页	D2类	第3天	第4章	频率（GHz）	相位变化（度）
0	0	0	0	15.48	−102
0	0	0	1	15.53	−106
0	0	1	0	15.53	−111
0	0	1	1	15.48	−117
0	1	0	0	14.47	−123
0	1	0	1	15.48	−132
0	1	1	0	15.47	−136
0	1	1	1	15.48	−140
1	0	0	0	15.48	−145
1	0	0	1	15.53	−153
1	0	1	0	15.47	−157
1	0	1	1	15.48	−166
1	1	0	0	15.47	−170
1	1	0	1	15.48	−180
1	1	1	0	15.48	−189
1	1	1	1	15.53	−196

表3。键盘和PIN二极管之间的关系。

小键盘	州				相位变化（度）
小键盘	第1页	D2类	第3天	第4章	相位变化（度）
0	关闭	关闭	关闭	关闭	−102
1	关闭	关闭	关闭	打开	−106
2	关闭	关闭	打开	关闭	−111
三	关闭	关闭	打开	打开	−117
4	关闭	打开	关闭	关闭	−123
5	关闭	打开	关闭	打开	−132
6	关闭	打开	打开	关闭	−136
7	关闭	打开	打开	打开	−140
8	打开	关闭	关闭	关闭	−145
9	打开	关闭	关闭	打开	−153
A类	打开	关闭	打开	关闭	−157
B类	打开	关闭	打开	打开	−166
C类	打开	打开	关闭	关闭	−170
D类	打开	打开	关闭	打开	−180
E类	打开	打开	打开	关闭	−189
F类	打开	打开	打开	打开	−196

表4。仿真结果与实验结果的比较。

小键盘	仿真结果	实验结果
0	−102	−103
1	−106	−105
2	−111	−111
三	−117	−116
4	−123	−125
5	−132	−132
6	−136	−135
7	−140	−140
8	−145	−144
9	−153	−150
A类	−157	−156
B类	−166	−165
C类	−170	−172
D类	−180	−181
E类	−189	−189
F类	−196	−200

表5。拟议工程与近期相关工程的比较。

裁判。	单元单元类型	图层	控制机制	角度稳定性	极化不敏感	编码类型
[18]	补丁	多层	PIN二极管	60°	不适用	2位
[19]	补丁	单层	PIN二极管	不适用	不适用	2位
[21]	2位	多层	双PIN二极管	60°	不适用	2位
[22]	带有寄生贴片的贴片	多层	PIN二极管	60°	不适用	1位
[23]	2位	多层	PIN二极管	35°	不适用	2位
[24]	补丁	多层	PIN二极管	50°	不适用	1位
[25]	十字轴形	多层	PIN二极管	不适用	不适用	2位
这项工作	带三脚架的组合回路	单层	PIN二极管	85°	是的	4位

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Selvaraj，M。；维杰，R。；Anbazhagan，R。；伦加拉扬，A。可重构Metasurface：在6G无线通信中实现可调谐反射。传感器 2023,23, 9166.https://doi.org/10.3390/s23229166

AMA风格

Selvaraj M、Vijay R、Anbazhagan R、Rengarajan A。可重构Metasurface：在6G无线通信中实现可调谐反射。传感器. 2023; 23(22):9166.https://doi.org/10.3390/s23229166

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Selvaraj、Monisha、Ramya Vijay、Rajesh Anbazhagan和Amirharajan Rengarajan。2023.“可重构Metasurface：在6G无线通信中实现可调谐反射”传感器23，第22期：9166。https://doi.org/10.3390/s23229166

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