CN106571515A - 基于光控固态等离子体可重构天线及其激励方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线是一种可以实现频率可重构、方向图可重构、极化可重构的新型可重构天线。包括光敏材料层、光敏材料单元、绝缘隔离结构、透明介质层、透明导电材料层、激光器。其中光敏材料层包括光敏材料单元和绝缘隔离结构。本发明使用透明介质和透明导电材料充当天线的介质和地。并在底部用激光器进行激励，很好的实现了光电隔离，也解决了传统可重构天线偏置电路对天线辐射的影响。

Description

基于光控固态等离子体可重构天线及其激励方法
技术领域
本发明涉及可重构天线领域，具体涉及一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线。
背景技术
随着全球信息化的水平逐渐提高，现代通信系统的发展进入了全新的时代。对天线的要求也越来越高，不仅要求天线的尺寸小，能耗低，还要求天线具有高增益，超宽带，多频带等特性。传统的天线已经很难满足现在通信系统的要求，可重构天线应运而生。通过重构天线馈电结构、辐射体等实现天线频率、方向图和极化的可重构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线。天线阵列采用光敏材料作为天线的辐射体。通过最底层激光器发射的激光来激励光敏材料，使其产生高浓度载流子，表现出类金属的状态。绝缘隔离结构既保证了激励起的光敏材料单元的载流子浓度足够高，又保证了载流子不扩散到未激励的光敏材料单元中。透明介质和透明导电材料让激光可以穿过并激励光敏材料同时也起到了光电隔离的效果。由于激光具有很好地定向性和很强的能量，可以准确的激励需要激励的光敏材料单元。这种形式的天线可以实现任意形式的平面天线，同时可以实现频率、方向图和极化的可重构，突破了传统天线的设计限制。
本发明的技术方案是：一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线，包括自上而下依次设置的光敏材料层、透明介质层、透明导电材料层和激光器；所述透明导电材料层充当天线的地。
所述光敏材料层由呈网状布置的绝缘隔离结构和单独设置于每一个网状格孔内的光敏材料单元组成；
所述光敏材料单元由激光器激励，即激光器发出的激光经过透明导电材料层和透明介质层激励光敏材料层中的光敏材料单元，产生高浓度的载流子，从而在光敏材料层上形成具有类金属状态的光敏材料单元，最终组成天线的辐射单元，未被激励的光敏材料单元则仍保持介质属性。
进一步的，所述透明介质层为玻璃。
进一步的，所述透明导电材料层为石墨烯或者ITO膜。ITO即掺锡氧化铟，是一种n型半导体材料，具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性。
本发明还提供根据所述的一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线的辐射激励方法，利用激光器产生激光在天线背部激励光敏材料单元。这种方式既减少激光器对辐射效果影响，又减少了光敏材料的插入损耗。
进一步的，光敏材料单元是阵列形式，能够根据需要激励对应的光敏材料单元即可实现任意形式的平面天线。
本发明的有益效果是：
1、使用激光器对光敏材料层中的光敏材料单元激励。这种激励方式省去了额外的偏置电路，从而大大减少了偏置线、电极等因素对天线辐射的影响，提高了天线的稳定性和可靠性。
2、使用了透明介质层、透明导电材料层，保证了激光器发出的光可以很好地穿过从而激励光敏材料层中的光敏材料单元。并且激光器具有很好地定向性和很高的能量，保证了对光敏材料单元的准确激励。
3、光敏材料层上分布着很多光敏材料单元，只要控制好激光器对光敏材料层中的光敏材料单元的激励，就可以实现任意形式的平面天线，即天线的形式可以多种多样，同时天线还可以进行频率、方向图和极化的可重构，这突破了传统平面天线的设计限制。
4、使用透明介质层、透明导电材料层，激光器可以在天线辐射方向的背面对光敏材料单元激励，这种方法可以减少激光器对天线辐射的影响。并且使用透明介质层、透明导电材料层，可以很好地实现光电隔离。当光敏材料被激励时，内部会分为两层即等离子体层和介质层，背部激励的方式保证了等离子体层位于下层，从而减少了激励起的光敏材料的插入损耗。
5、激光器通过透明介质层、透明导电材料层，可以实现对光敏材料单元的激励，并且绝缘隔离结构可以很好地限制激励起的光敏材料单元中的载流子扩散到未激励的光敏材料单元上从而影响天线正常工作。同时，绝缘隔离层也保证了激发的光敏材料单元区域的载流子浓度足够高，让光敏材料单元表现出类金属的特性。
附图说明
图1基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线俯视示意图；
图2基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线分层侧视示意图；
图3为辐射单元控制系统工作示意图；
图4为天线工作状态示意图。
其中，1为光敏材料层，2为光敏材料单元、3为绝缘隔离结构、4为透明介质层、5为透明导电材料层、6为激光器。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明是通过以下技术方案实现的。本发明主要包括自上而下依次设置的光敏材料层1、透明介质层4、透明导电材料层5和激光器6；所述透明导电材料层5充当天线的地。光敏材料层1由呈网状布置的绝缘隔离结构3和单独设置于每一个网状格孔内的光敏材料单元2组成。
如图3、4所示，光敏材料单元2由激光器6激励，即激光器6发出的激光经过透明导电材料层5和透明介质层4，激励光敏材料层1中的光敏材料单元2，产生高浓度的载流子，从而在光敏材料层1上形成具有类金属状态的光敏材料单元2，最终组成天线的辐射单元，未被激励的光敏材料单元2则仍保持介质属性。
绝缘隔离结构3是为了隔离每个光敏材料单元2，防止被激励的光敏材料单元2中的载流子扩散到未被激励的光敏材料单元2中从而影响天线正常工作，并且绝缘隔离结构3也保证了被激励的光敏材料单元2载流子的浓度。这种激励方式可以根据具体情况激励不同区域的光敏材料单元，这使得天线的形式多样化，可以实现频率可重构、方向图可重构以及极化可重构，突破了传统平面天线的设计限制。透明导电材料层5充当天线的地。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线，其特征在于：包括自上而下依次设置的光敏材料层(1)、透明介质层(4)、透明导电材料层(5)和激光器(6)；所述透明导电材料层(5)充当天线的地；
所述光敏材料层(1)由呈网状布置的绝缘隔离结构(3)和单独设置于每一个网状格孔内的光敏材料单元(2)组成；
所述光敏材料单元(2)由激光器(6)激励，即激光器(6)发出的激光经过透明导电材料层(5)和透明介质层(4)激励光敏材料层(1)中的光敏材料单元(2)，产生高浓度的载流子，从而在光敏材料层(1)上形成具有类金属状态的光敏材料单元(2)，最终组成天线的辐射单元，未被激励的光敏材料单元(2)则仍保持介质属性。
2.根据权利要求1所述的一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线，其特征在于：所述透明介质层(4)为玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线，其特征在于：所述透明导电材料层(5)为石墨烯或者ITO膜。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种基于透明介质及导电材料的光控固态等离子体可重构天线的辐射激励方法，其特征在于：利用激光器产生激光在天线背部激励光敏材料单元。
5.根据权利要求4所述的辐射激励方法，其特征在于：光敏材料单元(2)是阵列形式，能够根据需要激励对应的光敏材料单元(2)即可实现任意形式的平面天线。
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Application publication date: 20170419

Assignee: Nanjing Sanhang Information Engineering Co.,Ltd.

Assignor: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Contract record no.: X2021980000468

Denomination of invention: Reconfigurable antenna based on light controlled solid state plasma and its excitation method

Granted publication date: 20190514

License type: Common License

Record date: 20210118