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受软体机器人启发的柔性天线阵列

ElioFaddoul,Member,IEEE,AndreasNicolaides,Member,IEEE,

KonstantinosNtougias,Member,IEEE,andIoannisKrikidis,Fellow,IEEE

摘要—在这项工作中，提出了一种新型的仿软连续机器人最近，软连续机器人作为一类受生物结构（如章鱼

天线阵列，其特征是具有类似触手的结构和多个天线单元。该提触须）启发的创新机器人系统正在崭露头角，与传统的

出的阵列通过几何形状的连续变形实现可重构性，这与每个元件刚性机器人相比提供了增强的灵活性[11]。近期的进

控制的可重构天线不同。更具体地说，变形由幅度和空间频率参

展展示了将软机器人有效集成到RA系统中的能力，能

数建模。我们考虑了一个多用户多输入单输出下行链路系统，在

够动态调节电磁特性，例如波束成形和辐射模式重新配

此情况下，找到最优的变形参数以最大化网络中的总速率。采用

了一种连续凸近似方法来解决问题。数值结果表明，所提出的可置[12]。例如，基于软连续机器人的天线可以提供天线

变形阵列在总速率方面显著优于固定几何形状和每个元件可重形状和电磁响应的持续实时调整，展示了它们在无线通

本构的阵列，展示了结构级灵活性对下一代天线阵列的好处。信场景中的潜力[13]。这项技术依托于3D打印和增材

译IndexTerms—MIMO,可弯曲天线阵列,软连续机器人制造等制造方法，为克服固定天线和RA系统的现有局

中学,优化。限性提供了成熟的技术解决方案。迄今为止，尚未提供

基于此类结构的数学框架。

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vI.介绍受近期软体连续机器人技术进步及章鱼触须自然

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8天线和射频（RF）技术在近年来有了显著进步，以运动的启发，我们引入了一种新颖的软体机器人天线

5应对下一代无线通信系统不断变化的需求[1]。特别是，（SRA）设计。具体来说，我们的研究重点是一种MISO

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0.多输入多输出（MIMO）系统因其多样性和复用增益而下行通信系统，在该系统中，BS装备了由多个类似触手

7受到了极大的关注。然而，传统的天线阵列依赖于固定结构组成的SRA阵列，每个结构包含若干个天线单元。

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5的金属结构，限制了它们在满足新兴应用严格需求方通过动态改变阵列的几何结构来实现柔韧性。我们注意

2面的性能。这一挑战促使通过超材料探索可重构天线

:到与现有的FA/MA文献不同的是，所提出的天线阵列

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i（RA）解决方案，例如流体天线（FAs）[2]、移动天线是通过结构变形而非重新定位单个元件来实现柔性的。

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r（MAs）[3]、柔性天线阵列（FAAs）[4]以及柔性智能超据作者所知，这是首个探究基于软体连续机器人天线阵

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表面[5]。列在无线通信中潜在性能优势的研究工作。为此，我们

一般来说，RA阵列提供了在指定区域内动态重新通过可控参数（如幅度和空间频率）对SRA阵列的变

定位其天线元件的能力，以利用有限数量的物理天线解形进行建模，从而捕捉现实中的物理运动。这些参数被

锁额外的空间自由度[6],[7]。例如，文献[8]考虑了优化以最大化总速率，在发射总功率约束下假设了一种

联合优化发射/接收FA位置以最大化单用户MIMO系启发式的线性预编码器。为处理这一非凸问题，我们采

统的可实现