关键词：智能超表面;机械式调控;多波束;粒子群算法
摘 要：基于Pancharatnam-Berry(P-B)相位原理， 设计了一种机械式智能超表面。不同于PIN管控制数字超表面来实现0°和180°的反射相位变化，机械式智能超表面通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)控制超表面单元所集成的机械器件实现单元旋转，进而实现反射相位在0°～360°的任意调控。在3.5GHz～5.5GHz频段内，所设计的超表面单元的反射损耗均小于0.2dB，其反射相位与旋转角度之间的关系几乎完全符合P-B相位原理， 误差小于1.34°，为了降低系统的计算复杂度，基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)，提出了一种简化的多波束优化算法。该算法首先通过简化目标函数，显著减少了角度遍历计算的次数，进而降低了计算复杂度;其次利用单波束的最优相位阵生成PSO的初始粒子，进而降低了PSO算法收敛所需的迭代次数。仿真结果表明，当波束数量为2时，波束总能量超过15.7dB，同时波束能量差控制在2.5dB之内，证实了所提出的多波束优化算法的可行性。
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