2 硬件架构
\(~~~~~~\)IRS的硬件实现基于“元表面”的概念，该概念由数字可控的二维（2D）元材料构成[10]。具体地说，亚表面是由大量元素或所谓的亚原子组成的平面阵列，其电厚度按感兴趣工作频率的子波长的顺序排列。通过适当设计元件，包括几何形状（如方形或开口环）、尺寸/尺寸、方向、排列等，可以相应地修改其单个信号响应（反射振幅和相移）。在无线通信应用中，每个单元的反射系数都应该是可调的，以适应用户移动性产生的动态无线信道，从而要求实时可重构。这可以通过利用电子设备来实现，例如正内禀负（PIN）二极管、场效应晶体管或微电子机械系统（MEMS）开关。如图2所示，IRS的典型架构可以由三层和智能控制器组成。在外层，大量的金属片（元件）被印刷在介电基板上，与入射信号直接相互作用。在该层的后面，使用铜板来避免信号能量泄漏。最后，内层是一个控制电路板，负责调整每个元件的反射振幅/相移，由附在IRS上的智能控制器触发。在实践中，现场可编程门阵列（FPGA）可以被实现为控制器，它还充当网关，通过单独的无线链路与其他网络组件（例如BSs、AP和用户终端）进行通信和协调，以便与它们进行低速率信息交换。
图2中还示出了单个元件结构的一个示例，其中PIN二极管嵌入在每个元件中。通过直流（DC）馈电线路控制其偏置电压，PIN二极管可以在等效电路中所示的“开”和“关”状态之间切换，从而产生相移差。因此，通过智能控制器设置相应的偏置电压，可以独立地实现IRS元件的不同相移。另一方面，为了有效地控制反射振幅，可在元件设计中采用可变电阻负载。例如，通过改变每个元件中电阻的值，入射信号能量的不同部分被耗散，从而在[0，1]中实现可控反射振幅。在实践中，期望对每个元件的振幅和相移具有独立的控制，为此，需要有效地集成上述电路。