可重构智能表面（RIS）作为近年来无线通信领域的突破性技术，凭借其对电磁波传播特性的灵活调控能力，成为提升通信系统性能的关键支撑。其中，波束赋形机制作为RIS实现高效信号定向传输的核心技术，其原理与实现方式备受行业关注。该机制通过对RIS表面单元的动态调控，实现电磁波波束的方向、增益及覆盖范围的精准控制，有效解决了传统无线通信中信号衰减、干扰严重等问题，为未来高密度、高速率通信场景提供了重要技术路径。
RIS天线的波束赋形机制依托于其特殊的结构设计与电磁调控能力。从结构上看，RIS通常由大量低成本、小型化的无源反射单元组成，这些单元以阵列形式排布在平面或曲面上，每个单元均可独立对入射电磁波的幅度、相位或极化状态进行调控。这种结构特性使得RIS无需复杂的射频链路与功率放大器，便能通过反射调制实现对电磁波的灵活塑形，相较于传统的有源波束赋形技术，具有更低的能耗与更简化的硬件架构。
在波束赋形的基础原理层面，RIS主要通过相位调控实现对波束方向的精准控制。当电磁波入射至RIS表面时，每个反射单元可根据预设的控制指令改变自身的等效电抗，进而对入射波的相位产生特定的偏移量。通过对所有单元的相位进行协同优化，可使反射波在目标方向上形成建设性干涉，在非目标方向上形成破坏性干涉，从而将电磁波能量聚焦于特定区域，实现波束的定向辐射。例如，在毫米波通信场景中，RIS通过对各单元相位的实时调整，可补偿电磁波在传播过程中的相位损耗，使波束始终指向接收端，有效提升信号传输的稳定性。
RIS波束赋形的实现需依赖高效的单元调控策略。目前，主流的调控方式包括模拟调控与数字调控两类。模拟调控通过可变电容、二极管等器件改变单元的电抗特性，具有响应速度快、结构简单的优势，但调控精度受器件性能限制，通常适用于对波束指向精度要求不高的场景。数字调控则通过可编程逻辑器件对单元相位进行量化控制，可实现更高的调控精度与灵活性，不过其硬件复杂度与成本相对较高。在实际应用中，需根据通信场景的需求选择合适的调控方式，例如在5G宏基站覆盖场景中，常采用模拟调控与数字调控相结合的混合策略，以平衡调控精度与系统成本。
信道状态信息（CSI）的获取与利用是RIS波束赋形机制中的关键环节。准确的CSI能够为RIS提供入射波与反射波的传播特性参数，是实现波束精准赋形的前提。由于RIS本身不具备信号发射与接收能力，传统的CSI获取方法难以直接适用，因此需通过基站或用户终端与RIS的协同配合完成。目前，主流的CSI获取方法包括基于导频信号的估计方法与基于深度学习的预测方法。基于导频信号的方法通过基站向RIS发送特定的导频序列，RIS对导频信号进行反射后，由用户终端或基站接收并进行信道估计，该方法具有较高的估计精度，但会占用一定的通信资源。基于深度学习的方法则通过训练神经网络模型，利用历史信道数据预测当前的CSI，可有效减少资源占用，但预测精度受数据样本质量的影响较大。在实际应用中，需结合通信场景的资源分配情况选择合适的CSI获取方法，以确保RIS波束赋形的实时性与准确性。
RIS波束赋形机制的性能优化需考虑多方面因素的影响。从电磁波传播角度来看，多径效应与阴影衰落会导致波束赋形的精度下降，因此需通过自适应波束调整算法对波束方向进行动态修正。例如，采用最小均方误差（LMS）算法或递归最小二乘（RLS）算法，根据接收信号的强度与质量实时调整RIS单元的相位，以抵消多径效应带来的负面影响。从系统协同角度来看，RIS与基站、用户终端之间的协同工作效率直接影响波束赋形的效果，需通过合理的资源调度策略实现三者之间的信息交互与参数同步。例如，在高密度用户场景中，通过时分复用或频分复用的方式为不同用户分配独立的RIS调控资源，避免多用户之间的波束干扰。
在实际应用场景中，RIS波束赋形机制已展现出显著的技术优势。在室内通信场景中，由于墙体、家具等障碍物的遮挡，传统无线通信信号易出现覆盖盲区，而RIS通过在室内墙面部署反射单元，可对波束方向进行灵活调整，绕开障碍物实现信号的间接覆盖。在办公室场景中，将RIS部署于天花板或侧墙，通过波束赋形技术将信号聚焦于会议室等信号薄弱区域，可使该区域的信号强度提升10-20dB，显著改善通信质量。在室外宏覆盖场景中，RIS可部署于高楼顶部或铁塔等高处，通过对波束的远距离定向传输，扩展基站的覆盖范围。
在卫星通信领域，RIS波束赋形机制同样具有重要的应用价值。由于卫星与地面终端之间的距离较远，电磁波在传播过程中会产生严重的路径损耗，而RIS通波束的高增益赋形，过可有效路径损耗，提升通信链路的信噪比。例如，在低轨卫星通信场景中，将RIS部署于地面站附近，通过波束赋形技术将卫星信号聚焦于地面接收天线，可使接收信号的强度提升20-30dB，降低对地面接收设备的性能要求。此外，RIS还可通过动态调整波束方向，实现对补移动终端的跟踪覆盖，适用于航空、航海等移动卫星通信场景。
可重构智能表面（RIS）天线的波束赋形机制通过对反射单元的相位调控，实现了电磁波波束的精准定向传输，其在提升信号覆盖范围、降低通信干扰等方面的优势已在多种场景中得到验证。尽管目前在计算复杂度、多频段适配等方面仍面临挑战，但随着低复杂度算法的研发与标准化工作的推进，RIS波束赋形机制将在未来无线通信系统中发挥更加重要的作用，为构建高效、稳定的通信网络提供有力支撑。
