基于计算超表面的复数矩阵方程求解器

本发明涉及智能超表面与波计算，特别涉及一种基于计算超表面的复数矩阵方程求解器。

背景技术：

1、数字计算机的传统架构采用二进制代码0和1表示和处理信息，依赖于大量的模数转换器。高计算速率下，模数转换器的性能会明显恶化，这阻碍了数字计算机的进一步发展。波计算由于其准光速计算速度、系统延迟低、结构简单、并行可扩展性好、功耗低等独特优势，引起了科研人员的关注。然而目前的波计算器研究大多面临着求解问题类型受限、结构复杂、加工制作困难等问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，以克服现有波计算机的求解问题类型受限、结构复杂、加工制作困难等问题，为实现可编程的波计算机打下基础。

2、本发明实施例提供一种基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，包括：

3、2n端口传输网络和n个耦合器，其中，2n端口传输网络由计算超表面、n个发射天线、n个接收天线构成，所述复数矩阵方程求解器用于计算k·x+c＝0形式的n维复数矩阵方程，为复系数矩阵，为未知向量，为常数向量；在传输网络内部，n个发射天线与传输网络的n个输入端口相连，n个接收天线与传输网络的n个输出端口相连，所述计算超表面来控制发射天线与接收天线间的耦合矩阵；在传输网络外部，传输网络的n路输出信号经过n个耦合器后，构成传输网络的n路输入信号；

4、发射天线与接收天线间的耦合矩阵为：其中，为传输网络的散射矩阵，为耦合器的散射矩阵scp的第i行第j列的元素，n个耦合器具有相同的散射矩阵scp，为复系数矩阵，i为n维的单位矩阵，

5、发射天线与接收天线间的耦合矩阵的向量为：

6、

7、所述计算超表面的m个单元的传输系数t为：其中，σ0为发射天线的激励，为标量格林函数矩阵，为的伪逆矩阵；

8、所述复数矩阵方程求解器的输入in为：输出为n维复数矩阵方程的计算结果。

9、在本发明的一个实施例中，所述计算超表面由在介质板上刻蚀的金属c型超表面单元组成，c型结构开口角为2β，中心线与x轴的夹角为α，超表面单元的透射系数的幅度与相位分别通过改变α和β进行独立控制。

10、在本发明的一个实施例中，所述耦合器由可调放大器、可调移相器和无源子耦合器依次连接组成。

11、在本发明的一个实施例中，发射天线为微带贴片天线，接收天线为全向单极子天线，且极化方向分别被设置为沿x和y方向。

12、本发明实施例的基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，具有以准光速实时输出解的能力，使得可编程波空间计算机的实现成为可能。与现有的波计算机相比，本发明克服了求解问题类型受限、结构复杂、加工制作困难等问题，具有成本低、复杂度低、设计步骤简单等特点。随着技术的发展与对高速计算的需求的提升，本发明提出的求解器将得到广泛应用。

13、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于计算超表面的复数矩阵方程求解器，属于智能超表面与波计算领域，求解器由一个2N端口传输网络和N个耦合器构成，可以准光速求解任意形如K·x+c＝0的N维复数矩阵方程。所提出的求解器的原型样机被制作，其输出解与方程的准确解吻合良好，验证了本发明的求解能力。本发明能够实时输出复数矩阵方程的解，且具有成本低、复杂度低、设计步骤简单等特点，为可编程波空间计算机的设计奠定了基础，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：崔铁军,杨汉卿,武军伟,杨军,程强
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10