10.智能超表面快速设计理论框架与 AI 赋能-东南程强教授.pdf

1、智能超表面快速设计：理论框架与 AI 赋能信息科学与工程学院汇报人：程强2目录基于多端口网络的RIS设计01基于多层-多端口网络的RIS设计02结论033基于多端口网络的RIS设计 00ssZZZZ PPPPPLLVZIZI LLPPLLLVZIZI LLLVZI PPLLPsPPPLLLVZZZZIZZ实现不依赖全波仿真对可调器件参数进行分析双端口电压和电流之间的关系RIS单元的反射系数模型斜入射 cos00 xZ cos00 xZTE波波:TM波波:11,exp(1)sin()cos()(1)sin()sin()MNmnFEA m nm n ink dxmk dy RIS阵列综合：工作一：

2、二端口宏观模型4基于多端口网络的RIS设计Z.Zhang,et al.,IEEE TAP.2022.二端口建模耗时二端口建模耗时0.035秒秒 EM仿真耗时仿真耗时118.07秒秒相位误差小于相位误差小于15，幅度误差小于，幅度误差小于0.5dBRIS阵列综合结果RIS单元反射系数建模结果5多端口等效模型基于多端口网络的RIS设计u实现负载结构分离u增加单元设计维度u减少全波仿真次数两端口等效模型Load PortZaZpZs.待选择负载端口负载选择 0,(),(,)NaaF Z ZZx px多端口网络ZpZa工作二：基于多端口微波网络双层优化设计框架6基于多端口网络的RIS设计两阶段优化算法

3、阶段1：拓扑结构优化阶段2：器件状态优化 频段:2.5-2.6GHz 功能:3-Bit phase modulation设计例子设计时间：4 小时VS 传统设计时间：4 天优化选择符合目标响应的负载组合有效高效 获取优化单元无源结构获取最终单元结构和器件状态J.W.Zhang,et al.,IEEE TAP.2024.7基于多端口网络的RIS设计11222222,()XXXYSIILYXYYZZZZZcZZTTMTENSSNNNZZZdiagZZZ 0000,()(),(),SSZ cccZTTxyTZZZZ1221,12U()(,)(,180)argmin(,)(,180)()()lxc=l

4、l c c cc*c cc cNTTxxonyonxoffyonTTv vvyxonyonyxonyoffxyPZZPZZPZZPZZASubject toA实现不依赖全波仿真对双极化RIS单元快速设计低计算代价替代模型双极化优化框架等效双极化多端口网络模型工作三：基于多端口网络的双极化超表面单元设计8基于多端口网络的RIS设计W.W.Cao,et al.,Chin.Opt.Lett.2025.单元设计耗时 0110011001 01100110019,1,1,1,1,11,11,1,1,11,11,1,1,1e eee Ne NeNNNeNNNNNN eNN NN NNZZZZZZZZZZZ

5、ZZZZZ V1nZl1V2Zl2VN-2Zl(N-2)Zl(N-1)VN-1Z0Ve负载端口激励端口波端口可调谐器件结构电容电感离散端口多端口超表面单元3:电路短路结构 1:PIN 管2:电路开路结构5:电感4:电阻6:电容基于多端口网络的RIS设计工作四：基于多端口网络的小型化设计10EM waves最终超表面单元结构可实现调谐状态 小型化:/6 相位调控:4-Bit（22.5）工作频段：3.5-4.3 GHz单元性能参考文献相位调控单元尺寸工作频带设计方法设计时长TAP 2-bit/33%参数扫描10 d TAP1-bit/31%参数扫描 AWPL4-bit/213%(两变容管)参数扫描

6、 TAP3-bit/36%参数扫描6 d TAP3-bit/44%端口模型1.4 h本工作4-bit/623%端口模型1.2 h不同方法设计超表面单元的性能和代价对比基于多端口网络的RIS设计11基于多端口网络的RIS设计VNATransmitterReceiverRISRotatorReceiverTransmitterRISIncident wavesReflected wavesMiniaturized 4-bit RISEHOpen circuitShort circuitSMV 14057 nH indu