电磁波的调控系统、方法及可重构天线反射板与流程

1.本技术涉及通信领域，具体而言，涉及一种电磁波的调控系统、方法及可重构天线反射板。


背景技术：

2.随着无线通信技术的快速发展，系统通信容量不断增加，小区间的距离逐渐缩短，小区间的相互干扰越来越严重。为了降低小区间的相互干扰，提升系统的性能和容量,保障传输的稳定性，一种有效的方法就是天线背面加反射板来降低天线后瓣辐射。为了提高反射性能，传统的天线反射板需要增大反射板面积或者改变反射板的物理结构，例如将反射板的边缘设计成锯齿等形状来降低边缘的绕射作用。但上述两种方式，增大反射板面积会导致安装成本的增加，而改变反射板结构的方式对于加工精度要求较高，加工难度大。此外，传统电磁反射板加工完成后，其物理结构和应用场景固定，不具备可重构性。因此，传统天线反射板降低天线后瓣的效果受限。
3.与此同时，随着5g(也称imt-2020)技术的快速发展，各种无线数据业务和多媒体应用不断涌现，人们对无线通信系统容量提出了更高的要求。大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output，massive mimo)波束赋形技术作为5g无线通信系统中的关键技术之一，通过采用数目庞大的天线阵列进行能量高度集中的窄波束定向传输，并通过改变天线阵列中辐射振子单元的幅相激励实现波束赋形和扫描功能。但现有天线装置中的反射板结构只具有传统漫反射功能，对5g大规模天线阵列的波束赋形功能没有辅助作用，无法配合辐射振子单元器件，进一步针对通信用户和业务进行更精确的波束智能调控。
4.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种电磁波的调控系统、方法及可重构天线反射板，以至少解决现有天线装置中的反射板结构无法配合辐射振子单元器件对通信用户和业务进行更精确的波束智能调控的技术问题。
6.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种电磁波的调控系统，包括：天线器件、可重构天线反射板器件、波束调控模块和计算设备，其中，天线器件，包括天线辐射振子阵列单元，用于依据计算设备发送的第一指令调节天线辐射振子阵列单元中每个信源的振幅和相位，对电磁波进行第一次波束调制；可重构天线反射板器件，包括有源电磁结构单元，有源电磁结构单元中的相位通过计算设备发送的第二指令进行调整，有源电磁结构单元用于对天线器件辐射的后向电磁波进行第二次波束调制，可重构天线反射板器件位于天线器件的后方，与天线辐射振子阵列单元平行放置，用于将天线辐射的后向电磁波向前方反射；波束调控模块，用于接收第一指令和第二指令，控制天线器件和可重构天线反射板器件对电磁波进行调制；计算设备，用于向波束调控模块发送第一指令和第二指令。
7.可选地，有源电磁结构单元还用于依据入射的电磁波，产生多个数值态响应，多个数值态响应对应多个反射相位，有源电磁结构单元至少包括金属贴片结构、二极管、介质基板、参考地和直流偏置线，金属贴片结构在介质基板的上表面，二极管在金属贴片结构上，参考地在介质基板的下表面，直流偏置线穿过参考地与金属贴片结构连接，为二极管提供所需的偏置直流，有源电磁结构单元通过二极管的工作状态来表征具有不同数值态相位响应的单元。
8.可选地，系统还包括：驱动电路，与可重构天线反射板器件连接，驱动电路至少包括驱动二极管工作的使能芯片和运放芯片，驱动电路的每个驱动通道分别与有源电磁结构单元上的二极管连接。
9.可选地，系统还包括：控制电路，与驱动电路连接，控制电路至少包括一种控制芯片，控制芯片的每个i/o脚或使能脚分别与每个驱动通道连接。
10.可选地，控制电路的控制通道对应至少一个使能芯片和/或运放芯片，使能芯片和/或运放芯片对应至少一个二极管。
11.可选地，有源电磁结构单元对后向电磁波进行调控，得到目标散射波束，目标散射波束的方向至少由有源电磁结构单元的散射电场方向、有源电磁结构单元的周期间隔、可重构天线反射板器件中的目标位置与起始位置的相位差确定。
12.可选地，计算设备还用于依据多个目标对象的位置信息和行为信息，确定多个目标对象所在分布区域的中心位置；依据中心位置和天线器件的位置，确定天线器件的方位角和下倾角以及天线辐射振子阵列单元的目标赋形主波束，其中，中心位置的坐标是以天线器件的底部为原点建立的坐标系确定的。
13.可选地，天线辐射振子阵列单元对电磁波进行第一次波束调制后，得到第一辐射主波束；计算设备，用于依据目标赋形主波束和第一辐射主波束，确定可重构天线反射板器件对应的目标散射波束。
14.可选地，计算设备，还用于依据目标散射波束确定第二指令，并将第二指令发送给波束调控模块，其中，第二指令用于调整有源电磁结构单元的相位排列。
15.根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种电磁波的调控方法，包括：依据多个目标对象的第一位置信息、行为信息和基站的第二位置信息，确定多个目标对象所在分布区域的中心位置；依据中心位置，确定天线的目标赋形波束以及天线辐射振子阵列单元中每个信源的振幅和相位的调整量，其中，天线辐射振子阵列单元包含于天线中；至少依据目标赋形波束，确定可重构天线反射板对应的目标散射波束，并确定可重构天线反射板的有源电磁结构单元对应的相位排列组合；依据相位排列组合确定指令，并将指令发送给可重构天线反射板，其中，指令用于调整有源电磁结构单元的相位排列。
16.根据本技术实施例的又一方面，还提供了一种可重构天线反射板，包括：有源电磁结构单元，有源电磁结构单元中的相位为可调整的，可重构天线反射板与天线连接，用于对天线辐射的后向电磁波进行波束调制。
17.根据本技术实施例的再一方面，还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储程序指令；处理器，与存储器连接，用于执行实现以下功能的程序指令：依据多个目标对象的第一位置信息、行为信息和基站的第二位置信息，确定多个目标对象所在分布区域的中心位置；依据中心位置，确定天线的目标赋形波束以及天线辐射振子阵列单元中每个信源
的振幅和相位的调整量，其中，天线辐射振子阵列单元包含于天线中；至少依据目标赋形波束，确定可重构天线反射板对应的目标散射波束，并确定可重构天线反射板的有源电磁结构单元对应的相位排列组合；依据相位排列组合确定指令，并将指令发送给可重构天线反射板，其中，指令用于调整有源电磁结构单元的相位排列。
18.根据本技术实施例的再一方面，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制该非易失性存储介质所在设备执行上述电磁波的调控方法。
19.在本技术实施例中，通过具有波束智能调控功能的可重构天线反射板装置，可重构天线反射板由周期性或非周期排布的可重构有源人工电磁结构单元构成，同时具有散射电磁波智能调控的能力，该可重构天线反射板解决了传统反射板不具备可重构特性和波束调控特性的局限性问题，通过调节可重构有源人工电磁单元的相位特性和排布，对入射到反射板表面上的天线后瓣的电磁散射波束进行预测和调控，从而进一步完善天线的波束赋形功能，进而解决了现有天线装置中的反射板结构无法配合辐射振子单元器件对通信用户和业务进行更精确的波束智能调控的技术问题。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
21.图1是根据本技术实施例的一种电磁波的调控系统的结构图；
22.图2a是根据本技术实施例的一种由0/π相位响应有源电磁结构单元构成的具有波束智能调控功能的可重构天线反射板表面的示意图；
23.图2b是根据本技术实施例的一种0/π相位响应可重构有源电磁结构单元具体应用形态的示意图；
24.图2c是根据本技术实施例的一种具有波束智能调控功能的可重构天线反射板及天线一体化装置的结构图；
25.图3是根据本技术实施例的一种可重构天线反射板装置的散射波束调控效果图；
26.图4是根据本技术实施例的一种由0/π相位响应有源单元构成的可重构天线反射板对电磁波的调控机理示意图，其中(a)-(d)分别为不同的相位响应单元周期排列的示例；(e)-(h)分别对应具有不同排布的反射板的不同调控的波束效果图；
27.图5是根据本技术实施例的一种获得天线目标方位角α、下倾角β和赋形主波束示意图；
28.图6是根据本技术实施例的一种可重构天线反射板实现二次精准波束调控的示意图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范
围。
30.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.相关技术中的天线反射板装置通常由具有常规电磁特性的金属板材制作而成，具有常规漫反射特性，入射的平面电磁波将被随机漫散射到各个方向上，无法对入射电磁波的散射特性进行人为可控操作，散射波既不能被预测也不能被控制。因此，传统天线反射板不具备波束智能调控功能。
32.相关技术中的天线反射板主要通过下面三种方法提高反射性能：一是加大反射板面积；二是在反射板下增加一层盖板；三是在天线反射板侧边上多次弯折或者开槽开缝，但上述三种方法均存在成本较高、浪费材料、结构复杂和加工难度大等不足之处。因此，传统天线反射板降低天线后瓣的效果受限。
33.此外，相关技术中的天线反射板物理结构变通性和适应性差。一旦设计加工完成，反射板的工作频段和散射性能随即确定，不具备智能反馈机制和波束调控功能，无法通过调整构成反射板的有源单元的特性和排布来改变反射板物理结构和特性，因而无法适应不同目标场景和应用需求，不具有可重构性。
34.为了克服上述相关技术中的天线反射板不具备可重构特性和波束智能调控功能等问题，本技术实施例提出一种具有波束智能调控功能的可重构天线反射板，通过对组成反射板的可调谐有源电磁结构单元进行结构和排布的任意设计，实现对入射到反射板表面的电磁波的多种波束调控功能，包括特定角度反射波束、控制和预测散射方向等，从而对天线的后瓣实现任意波形的散射，降低天线后瓣辐射功率和提高天线增益的同时，能够更加精细化地、任意地、动态实时地辅助调控阵列天线辐射的电磁波波形，进而更好地实现mimo天线波束赋形功能。以下详细说明。
35.图1是根据本技术实施例的一种电磁波的调控系统的结构图，如图1所示，该系统包括：天线器件101、可重构天线反射板器件102、波束调控模块103和计算设备104，其中，天线器件，包括天线辐射振子阵列单元，用于依据计算设备发送的第一指令调节天线辐射振子阵列单元中每个信源的振幅和相位，对电磁波进行第一次波束调制；可重构天线反射板器件，包括有源电磁结构单元，有源电磁结构单元中的相位通过计算设备发送的第二指令进行调整，有源电磁结构单元用于对天线器件辐射的后向电磁波进行第二次波束调制，可重构天线反射板器件位于天线器件的后方，与天线辐射振子阵列单元平行放置，用于将天线辐射的后向电磁波向前方反射；波束调控模块，用于接收第一指令和第二指令，控制天线器件和可重构天线反射板器件对电磁波进行调制；计算设备，用于向波束调控模块发送第一指令和第二指令。
36.在上述电磁波的调控系统中，可重构天线反射板配合天线器件，进一步针对通信用户和业务进行更精确的波束智能调控，辅助实现5g大规模天线阵列的波束赋形功能。具
体地，天线器件：包括天线辐射振子阵列单元。其中辐射振子为信源，该辐射振子阵列单元至少包含一个天线振子。该天线器件可根据后台控制系统、驱动电路系统、网络管理系统等模块动态实现每个振子信源幅相的远程自动调节，从而实时改变赋形主波束的方位角和下倾角。
37.可重构天线反射板器件：包括构成该反射板的周期或者非周期排布的有源电磁结构单元。该器件位于天线器件后方，与辐射振子阵列单元平行放置，用于将天线辐射的后向电磁波向前方反射，有源电磁结构单元为有源可重构/调控有源电磁结构单元。有源电磁结构单元可以由pin二极管、变容二极管、fet晶体管、mems传感器件、石墨烯类、液晶类或铁电类材料中任一种或者多种器件组合构成。有源电磁结构单元，可以对电磁场/波实现稳定相位差的多种散射相位-频率响应状态。每个单元通过驱动电路系统独立控制，配合辐射振子阵列器件实时动态调控电磁波强度。
38.波束调控模块：用于对天线辐射的电磁场/波进行两次智能调控/调制，实现5g大规模天线阵列的波束赋形功能。波束调控模块通过计算机辅助设计，并由网络管理系统、驱动电路系统、控制系统联合操控，实现全天候实时动态调控，减免了大量的人工现场和后台操作。
39.天线器件根据接收的第一指令自动调节天线辐射振子阵列单元的信源幅相，从而改变天线阵列的赋形波束，将辐射阵子发出电磁波的主波束覆盖目标区域，形成第一次波束调制。同时，天线辐射的后向电磁波经过反射板器件后，再次主动调控电磁波的幅相，实现精度更高的第二次波形调制，最终实现通信网络的最佳配置，达到最佳的用户体验。天线器件、反射板器件和波束调控模块之间需要一定程度的匹配对准，利于优化计算并使调控结果更加精确。天线器件、反射板器件和波束调控模块可以是单独工作的物理模块，也可以互相结合形成功能一体化的复合调控器件，共同由后台网络管理系统进行全局优化，由驱动电路系统和控制系统进行实施操控。
40.在上述电磁波的调控系统中，有源电磁结构单元还用于依据入射的电磁波，产生多个数值态响应，多个数值态响应对应多个反射相位，有源电磁结构单元至少包括金属贴片结构、二极管、介质基板、参考地和直流偏置线，金属贴片结构在介质基板的上表面，二极管在金属贴片结构上，参考地在介质基板的下表面，直流偏置线穿过参考地与金属贴片结构连接，为二极管提供所需的偏置直流，有源电磁结构单元通过二极管的工作状态来表征具有不同数值态相位响应的单元。
41.在上述电磁波的调控系统中，系统还包括：驱动电路，与可重构天线反射板器件连接，驱动电路至少包括驱动二极管工作的使能芯片和运放芯片，驱动电路的每个驱动通道分别与有源电磁结构单元上的二极管连接。
42.在上述电磁波的调控系统中，系统还包括：控制电路，与驱动电路连接，控制电路至少包括一种控制芯片，控制芯片的每个i/o脚或使能脚分别与每个驱动通道连接。
43.在上述电磁波的调控系统中，控制电路的控制通道对应至少一个使能芯片和/或运放芯片，使能芯片和/或运放芯片对应至少一个二极管。
44.在本技术实施例中，以在较宽频带内相差保持基本稳定相位差的有限种类的有源可重构人工电磁结构单元作为构成可重构天线反射板的基本单元，通过不同的相位响应排布组合，能够实现特定的散射特性。每一个基本单元结构可以在入射的线极化电磁波的照
射下独立产生n个数值态响应，这n个数值态响应对应n种反射相位，具有n个不同数值态响应的基本机构单元，对应的反射相位响应是如图2a所示，是由相位响应为0/π(n＝2)的单元构成的具有波束智能调控功能的可重构天线反射板表面实例，它由n
×
n个周期性子阵/z栅格组成，每个子阵/栅格由相位响应相同的可重构人工有源电磁结构单元阵列构成，选取有限数量种类的特定电磁单元表征的相位状态作为基本单元，通过物理尺寸结构变化或者等效电磁的结构变化，以及有源器件的状态改变来实现调幅、调相功能，按照一定的规律进行相位响应的分布排列，从而控制电磁波，以实现所需功能。
45.下面结合具体的应用形态进一步说明可重构天线反射板装置的波束智能调控机理。
46.如图2b所示，典型的相位响应是0/π的人工有源电磁结构单元21由多边形金属贴片结构201、pin二极管202、介质基板203、参考地204、直流偏置线205构成；多边形金属贴片结构201刻蚀在介质基板203的上表面，pin二极管202表贴在多边形金属贴片结构201上，跨接内外金属贴片对，参考地204在介质基板203的下表面，直流偏置线205穿过参考地204上的通孔与金属贴片结构201连接，为pin二极管202提供所需的偏置直流；人工有源电磁结构单元通过pin二极管202的工作状态来表征两种相位响应的有源单元，比如pin二极管导通时是在工作频段内相位响应为0的单元，截止时是在工作频段内相位响应为π的单元。
47.如图2c所示，由上述相位响应为0/π的两种单元21构成的m
×
n个重复周期性排列的天线反射板表面22，以及天线馈源23，构成具有波束智能调控功能的可重构天线反射板及天线一体化装置。其中，天线反射板将天线后瓣作为入射电磁波进行散射波束的调制。该天线反射板通过一组或多组排插或者排线的方式连接相应的驱动电路24，驱动电路24也通过另外一组或者多组插排或者排线方式和控制电路25连接，实现具体的调控功能。其中，驱动电路24包含驱动二极管202工作的使能芯片206、运放芯片207，每个驱动通道分别与单元21上的每个二极管202相连；而控制电路25可以由一种或几种逻辑数字asic芯片，如cpld、fpga，或者dsp芯片，或者arm、risc
‑ⅴ
及单片机芯片等构成，控制芯片每个i/o脚或者使能脚分别与每个驱动通道相连，由此构成整个天线反射板表面22的有源单元控制方式。
48.每一个控制电路25上的控制通道对应一个或者一组使能芯片206和/或运放芯片207，而每一个使能芯片206和/或运放芯片207对应天线反射板表面22上的一个或者一组pin二极管202。通过插座或者高速总线等形式可以将天线反射板表面22、驱动电路24、以及控制电路25连结起来，上述天线反射板整体装置可以利用多层压合的pcb印刷电路板工艺实现。
49.介质基板203可为陶瓷、铁氧和铁磁材料板或者rogers、taconic等系列的pcb板材。同时，介质基板203可以为单层也可以为多层，通过螺钉或粘合层固定在一起，根据工作频段等设计指标选择介质基板203的层数、厚度和材质。
50.需要说明的是，上述实施例仅仅作为举例说明，有源人工电磁结构单元的相位响应有多种选择，具有某种相位响应的有源单元结构也有多种变形，只要能实现上述功能的单元结构皆可。
51.在上述电磁波的调控系统中，有源电磁结构单元对后向电磁波进行调控，得到目标散射波束，目标散射波束的方向至少由有源电磁结构单元的散射电场方向、有源电磁结
构单元的周期间隔、可重构天线反射板器件中的目标位置与起始位置的相位差确定。
52.在本技术实施例中，如图3所示，当天线后瓣(外部激励)33为远处照射到天线反射板表面32上的平面波35，然后通过天线反射板表面32形成散射场/波34，对于m
×
n个重复周期性排列的天线反射板表面32，通过对天线反射板表面32上的可重构人工有源电磁结构单元31进行相位的组合排布，可实现不同指向或不同形状的散射波束，其波束34的方向图表达式为：
[0053][0054]
其中，为反射板有源人工电磁结构单元的散射电场方向图，j是虚数单位，k是波数，jk是波矢，d为反射板有源人工电磁结构单元的周期间隔，a为与单元形式有关的比例系数，α
mn
是(m，n)处单元与起始单元的相位差。θ和分别是位于球坐标系下的任意方向的俯仰角和方位角。通过上述表达式中相位值α
mn
，即对天线反射板表面32上的电磁单元31进行相位排布，可以实现特定的波束成形特性。
[0055]
需要说明的是，本技术实施例中反射板装置的波束调控功能适用于各种极化、入射角度的入射波。
[0056]
图4所示的是反射板有源单元的不同相位响应组合排列对天线后瓣的散射电磁场的调控，天线后瓣为远场照射到天线反射板表面上的平面波激励源，图(a)表征的是全相位响应的天线反射板表面，图(b)表征的是0，π
…
/0，π
…
两种相位响应周期性间隔排列的天线反射板表面，图(c)表征的是0，π
…
/π，0
…
两种相位响应周期性交叉排列的天线反射板表面，图(d)表征的是0/π相位响应非周期性任意排列的天线反射板表面，而图(e)-(h)分别对应的是图(a)-(d)表面排列的散射场归一化matlab仿真方向图，通过不同的相位量的排列组合，可以形成单波束、关于法线对称的双波束和四波束，以及任意分散的多波束；此外，还可以通过不同的相位排列组合实现散射波束的任意角度偏折、甚至漫反射等。且随着排布方式的不规则性增强，散射波束数量增多，散射杂散性增强。
[0057]
对于天线反射板表面22，通过对具有不同相位响应的可重构有源人工电磁结构单元21进行排列，即通过对不同位置的单元21动态重构其有源器件的状态来实现相位的组合排布，如pin二极管或者fet管的通断、mems传感器件开关的通断、变容二级管的不同容值等、配合不同人工电磁单元结构，表现出不同的数值态的相位响应状态，从而形成具有不同相位排布的天线反射板表面22，实现辐射或者散射的特定波束。
[0058]
在本技术实施例中，通过变容二级管的电压连续控制，甚至可以构成连续可调的相位状态，使天线反射板对电磁波/场的调控更为精细。
[0059]
在本技术实施例中，重构人工有源电磁结构单元21中有源器件的状态也可实现单元不同的幅度响应状态，结合幅、相响应，可提高反射板22的波束调控精度和设计自由度。
[0060]
在本技术实施例中，也可以通过改变介质基板203的特性，比如通过改变加载在液晶、石墨烯、铁氧体等材料的偏置电压值或电流值，来实现介质基材的等效相对介电常数ε
reff
或者等效相对磁导率μ
reff
的不同状态，从而实现可重构人工有源电磁结构单元21的不同相位响应值，通过选择具有n种(n≥2)等差的相位状态、甚至具有连续可调的相位状态的有源电磁结构单元21，以此来实现对散射电磁波/场的调控方式。
[0061]
在上述电磁波的调控系统中，计算设备还用于依据多个目标对象的位置信息和行为信息，确定多个目标对象所在分布区域的中心位置；依据中心位置和天线器件的位置，确定天线器件的方位角和下倾角以及天线辐射振子阵列单元的目标赋形主波束，其中，中心位置的坐标是以天线器件的底部为原点建立的坐标系确定的。
[0062]
在上述电磁波的调控系统中，天线辐射振子阵列单元对电磁波进行第一次波束调制后，得到第一辐射主波束；计算设备，用于依据目标赋形主波束和第一辐射主波束，确定天线反射板器件对应的目标散射波束。
[0063]
在上述电磁波的调控系统中，计算设备，还用于依据目标散射波束确定第二指令，并将第二指令发送给波束调控模块，其中，第二指令用于调整有源电磁结构单元的相位排列。
[0064]
在本技术实施例中，将该实施例中可重构天线反射板22应用在天线23装置中，二者相结合实现辐射波束智能调控功能的流程图包含如下主要步骤：
[0065]
第一步，设计具有离散或连续相位响应的可重构有源人工电磁结构单元。
[0066]
对于可重构天线反射板表面22，通过对具有不同相位响应的可重构人工有源电磁结构单元21进行排列，即重构不同位置的单元21中有源器件的状态来实现相位的实时组合排布，如pin二极管或者fet晶体管的通断、mems传感器开关的通断、变容二级管的容值改变等、配合不同的人工电磁结构，表现出不同的幅度和相位响应的状态，从而形成不同的排布，实现辐射或者散射的特定波束。再进一步，通过变容二级管的电压连续控制，甚至可以构成连续可调的相位状态，使对电磁波/场的调控更为精细。
[0067]
第二步，实时获取用户位置和行为信息，计算得到用户主分布区域。
[0068]
用户的位置可根据卫星定位系统等方式获得；用户行为信息包括业务类别、吞吐量、等级优先级别等数据，可在基站侧实时监控并上报。此外，天线的位置固定，可提前录入后台系统或者根据卫星等方式获得。根据用户位置、行为信息，天线位置，得到该天线覆盖下用户的主要分布区域，可由聚类等算法获取。值得注意的是，主分布区域不仅仅是用户的物理位置分布，还包含了用户行为等信息。最终可得到该主分布区域的中心物理位置。
[0069]
第三步，天线辐射振子阵列单元进行首次波束调控。
[0070]
由上述得到的用户主分布区域的中心物理位置，以及本身就固定下来的天线位置，计算得到天线的波束赋形目标，包括赋形波束宽度、强度以及空间方位指向等。通过阵列天线的综合，即在给定辐射特性的情况下综合出阵列天线的各项参数，包括辐射阵子阵列单元的总数，各单元的激励幅度分布，各单元的激励相位分布等，再利用驱动电路系统、软件系统、控制等系统自动远程调整天线辐射振子阵列器件中每个信源的振幅和位相，这次调整称为初次调整。
[0071]
第四步，可重构天线反射板进行二次波束调控。
[0072]
进一步考量用户分布、用户行为等信息；通过网络管理系统、驱动电路系统、控制等系统通过可重构天线反射板器件作出二次波束调控，通过调整反射板结构中每个有源电磁单元的有源器件状态和/或电磁结构，从而改变任一单元的相位响应。调整量可通过gs、退火、遗传等算法获得，此次调控可精准调控辐射电磁波的振幅和位相。这样就实现了区域内所有用户的全局优化效果。
[0073]
第五步，动态监测，循环调控。
[0074]
由于用户位置，用户行为等信息无时无刻不在发生变化，因此系统会实时监测移动通信环境，根据变化进行动态循环调控，再一次调节天线辐射振子阵列单元每个信源的振幅和位相以及天线反射板每个电磁单元的相位组合排列，从而实现了全天候实时的天线自动调节功能。
[0075]
通过本技术实施例中天线反射板22及天线23装置中的波束调控模块，实时监控并更新电磁环境和应用场景，实时获取用户位置和行为信息，计算得到用户主分布区域。同时将其转化为数据信息进行分析处理，从而获得天线装置的目标赋形波束。
[0076]
图5是根据本技术实施例的一种获得用户主分布区域的流程图，计算机在获取用户位置信息、行为信息后，可通过聚类等算法计算出用户主分布区域的中心位置坐标，记为(x，y，z)。可根据标定天线的位置建立坐标系，天线坐标设置为(0，0，z0)；则天线的目标方位角α和下倾角β可通过代数变换得到，为：
[0077][0078][0079]
其中，x、y、z为任意实数；因此α、β的范围在理论上可为0-360
°
。
[0080]
根据上述得到的方位角α和下倾角β等移动通信目标，进一步计算得到天线阵列的目标赋形主波束包括赋形波束指向、宽度、个数和阵列增益等。通过电路驱动系统传递到天线辐射振子阵列单元上实施调整，并通过计算机后台网络管理系统提供给控制系统进行操控，根据天线阵列的目标赋形主波束实时调节辐射振子阵列中每个振子(信源)的开关和强弱。调节参数的计算方式与提前录入后台计算机和管理系统中的天线信息相关，包括天线阵列规模、扫描方式、振子种类、以及馈电形式等。不失一般性，上述过程普遍适用于5g大规模阵列天线，不局限于任一赋形波束的辐射特性和天线振子形式，因此本实施例中未给出目标赋形波束的具体表达式和天线的具体形式。
[0081]
当用户位置、用户行为发生变化时，主分布区域以及主分布区域的中心坐标(x,y,z)会发生改变，天线的目标方位角α、下倾角β以及目标赋形主波束也会随之改变，因此辐射振子阵列中每个振子(信源)是即时可调的。
[0082]
天线辐射振子阵列单元形成第一次波束调制，发出电磁波的主波束覆盖目标区域。由于存在天线阵元互耦、不同系统失配、空间干扰、辐射损耗以及算法局限性等问题，天线实际辐射的电磁波主波束和目标赋形主波束有一定差别。进一步获取用户分布、用户行为等信息；通过网络管理系统、驱动电路系统、控制等系统，利用本发明实施例中的可重构天线反射板作出二次波束调控，提高了波束调控的精度，最终实现网络的最优配置，达到最佳的用户体验。
[0083]
图6是根据本技术实施例的一种可重构天线反射板实现二次精准波束调控的示意图，天线反射板与天线平行放置，含有反射板的天线装置的最终赋形波束是由天线初次粗调后的辐射主波束(ⅰ)和天线后瓣经过反射板的散射波束(ⅱ)叠加而成的。因此可根据天线目标赋形主波束和初次粗调后的天线波束反向计算出天
线反射板的散射波束调控目标表达式为：
[0084][0085]
通过后台计算设备(如计算机)内存储的优化程序指令，针对天线反射板实时的散射波束调控目标反向推算得到具有不同相位响应的可重构有源人工电磁结构单元的优化组合排布方案。其中，后台计算机内存储的波束调控模块的优化程序指令包括gs、退火、遗传等优化算法。由于遗传算法以决策变量的编码作为运算对象，可以直接对集合、序列、矩阵等结构对象进行操作，适用于本技术的天线反射板器件，同时遗传算法还具有全局搜索性和可扩展性等诸多优势，有利于提高调控精度。
[0086]
本技术实施例中遗传算法的目标函数或适应度函数是天线反射板的散射波束调控目标通过在遗传算法主程序中引用此目标函数来计算由不同相位响应单元排布构成的天线反射板的适应值，直至计算得到最接近波束智能调控目标的反射板散射波束以及天线反射板的有源单元相位响应排布方式，再通过重构单元中有源器件的状态，如pin二极管或者fet晶体管的通断、mems开关的通断、变容二级管的不同容值等、配合人工电磁结构，表现出单元不同的幅度和相位响应的状态，从而形成不同的组合排布，实现辐射或者散射的特定波束，从而达到反射板的二次波束调控。
[0087]
由于用户位置，用户行为等信息全天候都在发生变化，因此系统会实时监测移动通信环境，根据变化动态循环地调控波束，再一次调节天线辐射振子阵列单元每个信源的振幅和位相以及天线反射板每个电磁单元的相位组合排列，从而实现了全天候实时的天线自动调节功能。
[0088]
本技术实施例中的具有波束智能调控功能的可重构天线反射板可以将天线的后瓣作为入射波实现任意散射波形，降低天线后瓣功率、提高天线辐射效率和增益的同时，能够针对用户和基站信息，更加精细化地、任意地辅助调控天线辐射的电磁波波形，进而更好地完善天线的波束赋形功能，使信号覆盖用户主分布区域，并使信号得到最佳优化，具有成本低廉、结构简单、可重构的特点，可以广泛应用于室内外无线通信天线设备。
[0089]
本技术实施例提供的电磁波的调控系统具有如下优点：1.波束调控，通过对具有不同相位响应的可调谐(重构)有源人工电磁结构单元进行不同方式的组合排布，实现天线反射板表面对电磁波的多种散射波束调控功能，包括特定角度反射波束、控制和预测散射方向等，从而对入射的天线后瓣实现任意散射波形，达到更精细化、任意地辅助调控阵列天线辐射的电磁波波形，进而更好地实现天线的波束赋形功能。2.结构简单，通过在介质基板表面蚀刻不规则金属贴片和表贴有源器件，实现组成反射板的可调谐(重构)有源人工电磁结构单元，结构简单，成本较低，便于实现，利用印刷电路板工艺可完成大规模制备。此外，反射板有源单元的结构设计有多种选择，设计自由度高。3.动态可重构，构成可重构天线反射板装置的可调谐人工电磁结构单元为有源的可调谐(重构)调控单元，每个单元通过电路系统独立控制。针对不同目标场景和应用需求，全天候改变单元性能和组合排布，从而实现对天线反射板散射特性的动态实时调控，具有可重构性，适用范围广泛。4.模块化设计，模块化设计架构灵活，功能齐全，每个模块实现独立功能，方便模块间的组合分解以及单个模块的功能调试和升级。5.降本增效，具有全自动化、全智能化的特点。技术方案先进，物理结构简单，适用于多种电磁场应用场景。各模块的技术理论和生产工艺成熟，可实现工业化大
规模批量生产，能够实现降本增效，实用价值高，拓展性强。
[0090]
本技术实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：存储器和处理器，其中，存储器，用于存储程序指令；处理器，与存储器连接，用于执行实现以下功能的程序指令：依据多个目标对象的第一位置信息、行为信息和基站的第二位置信息，确定多个目标对象所在分布区域的中心位置；依据中心位置，确定天线的目标赋形波束以及天线辐射振子阵列单元中每个信源的振幅和相位的调整量，其中，天线辐射振子阵列单元包含于天线中；至少依据目标赋形波束，确定可重构天线反射板对应的目标散射波束，并确定可重构天线反射板的有源电磁结构单元对应的相位排列组合；依据相位排列组合确定指令，并将指令发送给可重构天线反射板，其中，指令用于调整有源电磁结构单元的相位排列，该指令可通过驱动电路系统、软件系统、控制等系统自动远程操控发送。
[0091]
由于上述电子设备解决问题的原理和电磁波的调控方法近似，上述电子设备的实施可以参见本技术实施例，不再重复赘述。
[0092]
上述电子设备中提及的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。通信总线可以分为地址总线、数据总线和控制总线等。为了方便表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口82用于上述电子设备与其他设备间的通信。存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选地，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
[0093]
上述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字指令处理器(digital signal processing，dsp)、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
[0094]
本技术实施例还提供了一种可重构天线反射板，该可重构天线反射板包括有源电磁结构单元，有源电磁结构单元中的相位为可调整的，可重构天线反射板与天线连接，用于对天线辐射的后向电磁波进行波束调制。
[0095]
需要说明的是，上述可重构天线反射板与图1中的可重构天线反射板器件具有相同的功能，因此上述关于可重构天线反射板器件的相关解释说明也适用于该可重构天线反射板，此处不再赘述。
[0096]
本技术实施例还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制该非易失性存储介质所在设备执行以下电磁波的调控方法：依据多个目标对象的第一位置信息、行为信息和基站的第二位置信息，确定多个目标对象所在分布区域的中心位置；依据中心位置，确定天线的目标赋形波束以及天线辐射振子阵列单元中每个信源的振幅和相位的调整量，其中，天线辐射振子阵列单元包含于天线中；至少依据目标赋形波束，确定可重构天线反射板对应的目标散射波束，并确定可重构天线反射板的有源电磁结构单元对应的相位排列组合；依据相位排列组合确定指令，并将指令发送给可重构天线反射板，其中，指令用于调整有源电磁结构单元的相位排列。
[0097]
上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0098]
在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有
详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0099]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0100]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0101]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0102]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0103]
以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。