基于电流分布与 Otsu 图像分割的可重构智能表面拓扑设计
应用物理
2025-05-23 v2
摘要
可重构智能表面（RIS）元件的微型化是 RIS 开发中的关键趋势。这不仅有助于实现多功能集成，还促进了与其他元件的无缝融合。RIS 元件上的电流在决定诱导电磁场组件特征方面起着关键作用。具有高电流强度的区域决定了 RIS 元件的性能。将电流分布密集的区域雕刻到 RIS 元件结构的金属图案上，可实现微型化。基于此洞见，本文提出一种利用电流分布和图像处理技术实现 RIS 元件高效微型化的拓扑设计方法。首先获取在不同工作状态下的 RIS 元素以及工作频率周期内的电流分布。随后采用 Otsu 图像分割方法从 RIS 元素电流分布图像中提取相关图像信息。接着利用线性映射技术将这些图像信息转换为 RIS 元件的结构。然后基于 RIS 元件的结构，采用准牛顿优化算法获取对应各种工作状态的可调设备参数。最终，我们成功地基于 RIS 元素的电流分布构建了其结构拓扑，将具有强电流分布的区域设计为金属图案。为验证所提方法的性能，我们开发、制造并测量了一个 16 乘 16 3 位 RIS。与现有 RIS 设计相比，顶层金属图案的比例更小，这为集成其他功能与设备提供了可能。
引用
@article{arxiv.2502.18067,
title = {Topology Design of Reconfigurable Intelligent Surfaces Based on Current Distribution and Otsu Image Segmentation},
author = {Zhen Zhang and Jun Wei Zhang and Hui Dong Li and Junhui Qiu and Lijie Wu and Wan Wan Cao and Ren Wang and Jia Nan Zhang and Qiang Cheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.18067},
year = {2025}
}