CN107655364A - 改变表面电磁特征的微电子模块、模块阵列和其方法 - Google Patents
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Abstract
提出一种用于改变表面上的电磁特征的微电子模块。微电子模块具有至少一个电压转换器，用于将提供的第一电压转换成更高的、更低的或相同的第二电压。此外，微电子模块具有至少一个执行器。执行器具有至少一个发生器，用于从由电压转换器提供的第二电压中产生电等离子体。至少电压转换器和执行器设置在薄层的面状的衬底上。通过执行器产生的电等离子体与射到表面上的电磁辐射相互作用，由此改变电磁特征。
Description
技术领域
不同的实施方式一般性地涉及一种用于改变表面的电磁特征的微电子模块，以及一种模块阵列，和一种用于改变表面的电磁特征的方法。
背景技术
现代交通工具、尤其现代飞行器的发展始终进一步在于：减小通过例如敌方雷达的可发现性。例如，这通过所谓的隐身帽(Tarnkappe)技术或隐形技术实现。此外，在此，对交通工具的、例如船、陆上交通工具或飞行器的几何形状如下进行优化：交通工具例如在敌方雷达屏幕上明显更小地显示，或者在其他位置或延时地显示。然而这种几何优化例如具有的缺点是：所述优化通常仅被动地起作用并且不能够匹配于相应的环境。
发明内容
基于此，本发明的目的是，提出一种设备，所述设备避免上述缺点。
所述目的借助一种用于改变表面上的电磁特征的微电子模块来实现，其具有：至少一个电压转换器，其用于将提供的第一电压转换成更高的、更低的或相同的第二电压；至少一个执行器，所述执行器具有至少一个发生器，所述发生器用于从由所述电压转换器提供的第二电压中产生电等离子体；其中至少所述电压转换器和所述执行器设置在薄层的面状的衬底上；和其中通过由所述执行器产生的电等离子体与射到所述表面上的电磁辐射的相互作用，改变所述电磁特征；所述目的还借助并且借助一种利用根据本发明的微电子模块或至少一个模块阵列来改变表面上的电磁特征的方法来实现，其具有如下步骤：将提供的第一电压转换成更高的、更低的或相同的第二电压；检测电磁辐射；从所述第二电压中产生电等离子体；通过产生的电等离子体与射到所述表面上的电磁辐射的相互作用，改变所述表面的电磁特征。有利的实施方式在从本文中示出。要指出的是，设备的实施例的特征也适用于方法的实施方式，并且反之亦然。
提出一种用于改变表面的电磁特征的微电子模块。微电子模块具有至少一个电压转换器，用于将提供的第一电压转换成更高的、更低的或相同的第二电压。此外，微电子模块具有至少一个执行器。执行器具有至少一个发生器，所述发生器用于从由电压转换器提供的第二电压中产生电等离子体。至少电压转换器和执行器设置在薄层的面状的衬底上。通过执行器产生的电等离子体与射到表面上的电磁辐射相互作用，由此改变电磁特征。
本发明基于如下构思：表面的电磁特征通过产生电等离子体改变，所述电等离子体与射到表面上的电磁辐射相互作用。在此，电等离子体能够根据射到表面上的电磁辐射产生，并且表面的电磁特征由此改变。由表面放射的电磁特征通过与电等离子体的相互作用，优选相对于未受影响背散射的电磁特征，也就是例如相对于交通工具的雷达横截面而显现地例如在雷达屏幕上改变，优选减小。从而，使电磁特征主动地与相应的环境适配。
术语“执行器”能够理解成任意类型的下述设备，所述设备适合于将电信号转换成其他的物理变量。
术语“电压转换器”能够理解成任意下述电元件，所述电元件能够将输入电压转换成更高的、更低的或相同的输出电压。对于输入电压对应于输出电压的情况，电元件也能够仅由电连接元件构成。
根据一个优选的实施方式，微电子模块还具有至少一个检测单元。检测单元具有至少一个传感器，用于检测射到表面上的电磁辐射。传感器例如能够适合用于，检测射到传感器上的光子与传感器的检测器材料的电子或原子核的交互作用。
根据一个优选的实施方式，微电子模块还具有控制单元。控制单元构建用于：根据检测单元的、接收器的信号、上级的发送和/或控制元件的控制指令、和/或至少一个其他的常规传感器的、天线的和/或控制或调节系统的信息，来控制电等离子体的产生。接收器构建用于接收外部数据，所述外部数据包含关于射到表面上的电磁辐射的检测的信息。因此，能够根据检测到的电磁辐射有针对性地控制微电子模块，以便改变表面的电磁特征。
根据一个优选的实施方式，执行器还构建成，检测射到表面上的电磁辐射。对外部的传感器替选地，执行器本身也能够：检测射到表面上的电磁辐射。这具有如下优点：不需要其他的检测器或传感器，或能够通过与其他检测器或传感器的组合改进检测。
根据一个优选的实施方式，根据检测的电磁辐射和/或接收的关于射到表面上的电磁辐射的数据，产生电等离子体。根据检测的电磁辐射和/或接收到的关于射到表面上的电磁辐射的数据，产生电等离子体。这具有如下优点：电等离子体的产生能够匹配于要求。
根据一个优选的实施方式，通过吸收和/或反射电磁辐射的外波，改变电磁特征。通过减小电磁辐射的背散射和/或通过衰减电磁辐射的表面波，例如能够改变电磁辐射的吸收和/或反射。替选地，表面的电磁特征的改变也能够例如通过之前描述的吸收或反射与例如常规的RAM(雷达吸收材料)覆层或其他雷达吸收材料或还有红外伪装的组合来进行。这具有如下优点：例如RAM覆层的吸收雷达的特性能够被改进。
根据一个优选的实施方式，借助于至少一个执行器，产生频率选择的表面。通过操控至少一个执行器，分布的或周期性传导的等离子体结构能够优选地在表面上、在表面中或在表面之下生成。产生的等离子体优选具有特定的频带。频带的宽度和/或平均频率优选可通过施加的磁场控制。通过生成的等离子体的影响，优选形成有源的超材料。有源的超材料例如作为带通、带阻、高通、低通或它们的组合来用于改变电磁波。这具有如下优点，能够有针对性地改变电磁辐射，以便由此例如歪曲雷达图像。
根据一个优选的实施方式，薄层的面状的衬底是柔性的和/或可多维变形的薄膜或栅格。例如，栅格能够具有柔性的和/或可多维变形的栅格结构。薄层的面状的衬底也能够替选地由类似的材料构成，所述材料适合于，能够将模块的构件施加、引入或者安置在所述材料上，并且所述材料是尽可能薄且足够稳定。例如，衬底也能够具有织物、栅格结构或复合材料。这具有的优点是，模块的几何尺寸能够保持得小，其中提供足够的稳定性，以便将模块持久地或可逆地施加，例如粘贴在例如表面上。
根据一个优选的实施方式，模块具有多个执行器。多个执行器优选具有不同的和/或相同的取向。这具有如下优点，能够有针对性地改变例如从不同方向射到模块上的电磁辐射。
根据一个优选的实施方式，模块具有至少一个开关元件，以激活和/或去激活模块和/或多个执行器中的至少一个。这具有如下优点，能够有针对性地激活和/或去激活唯一的模块本身、或者多个模块中的一个模块或多个模块。
术语“开关元件”能够理解成任意类型的如下设备，所述设备适合于将连接从中断状态改变成连接状态。对此也能够理解成单侧断开的连接，所述连接例如通过将模块连接于例如电子单元而持久地或可逆地闭合，以进行控制。
根据一个优选的实施方式，通过执行器能够构成在表面上可自由限定的天线或天线阵列，以调整天线增益、极化和接收方向。
根据一个优选的实施方式，天线或天线阵列可用作为用于电磁辐射的发送和/或接收天线。这具有如下优点：天线或天线阵列如果需要的话能够用于发送和/或接收数据。这具有如下优点：模块也能够用作为接收或发送天线。
根据一个优选的实施方式，发送和/或接收天线能够经由耦合输入和/或耦合输出装置耦联于外部的发送器和/或接收器。这具有如下优点：例如能够构成为发送和/或接收天线的天线或天线阵列能够与外部的发送器和/或接收器连接。由此，例如，能够由外部的发送器经由构成为发送天线的天线或天线阵列发送数据和/或由外部的接收器经由构成为接收天线的天线或天线阵列接收数据。
根据一个优选的实施方式，电压转换器、开关元件、执行器、检测单元、传感器、接收器、发送器和/或控制元件构成为MEMS-(微电子机械系统)结构。替选地，电压转换器、开关元件、执行器、检测单元、传感器、接收器、发送器和/或控制元件也能够构成为纳米电子机械系统。模块的其他有利的部件，只要是有利的且是可用的，例如也能够构成为MEMS结构或纳米电子机械的系统。这具有如下优点：模块和其部件的尺寸能够保持得非常小。需要用于模块的空间因此例如能够减小到最小。
此外，提出一种模块阵列，所述模块阵列具有多个之前描述的微电子模块。通过将多个模块设置成阵列，能够增强和/或有针对性定向地使用表面的电磁结构的改变。
根据一个实施方式，多个电磁模块也能够设置在共同的薄层的面状的衬底上。这具有的优点是，例如能够简化或加速模块在表面上的施加，由此能够减小用于安装的成本。
根据一个优选的实施方式，多个模块的执行器能够时间错开地和/或相移地操控。强度例如能够通过利用干涉现象影响。通过时间错开地和/或相移地操控执行器，能够在产生电等离子体时有针对性地利用干涉现象。
根据一个优选的实施方式，模块阵列能够具有一个或多个开关元件，所述开关元件构建成，激活和/或去激活模块阵列的一个或多个执行器。这具有如下优点：能够单独地控制模块阵列，并且能够将几何尺寸根据应用保持得小。
此外，提出在交通工具的表面上和/或在交通工具的表面中的在上文中描述的至少一个模块阵列或在上文中描述的至少一个微电子模块的装置。
根据一个优选的实施方式，表面具有覆层，所述覆层至少部分地吸收射到表面上的电磁辐射。覆层例如能够由RAM材料构成。
根据一个优选的实施方式，交通工具是空中交通工具、水上交通工具或陆上交通工具。通过设置至少一个模块或至少一个模块阵列，能够改变电磁特征，使得例如能够减少电磁特征，进而能够扭曲交通工具的雷达图像。
此外，提出一种利用至少一个在上文中描述的微电子模块或至少一个在上文中描述的模块阵列来改变表面的电磁特征的方法。方法具有如下步骤：将提供的第一电压转换成更高的、更低的或相同的第二电压。此外，方法具有如下步骤：检测电磁辐射。方法还具有如下步骤：从第二电压中产生电等离子体。此外，方法具有如下步骤：通过产生的电等离子体与射到表面上的电磁辐射的相互作用改变表面的电磁特征。
附图说明
在附图中，通常相同的附图标记涉及在不同的视图中的相同的部件。附图不一定是符合比例的；替代于此，数值通常用于说明本发明的原理。在下面的描述中，参考下面的附图描述本发明的不同的实施方式，其中：
图1示出微电子模块的第一实施方式；
图2示出具有多个微电子模块的模块阵列；
图3示出在飞行器的表面上的多个微电子模块的设置；和
图4示出用于改变表面的电磁特征的方法的流程图。
具体实施方式
下面的详细的描述参考所附的附图，所述附图为了阐述而示出特定的细节和实施方式，在所述细节和实施方式中能够运用本发明。
词“示例性的”在其中使用，其带有含义“用作为示例，情况或说明”。其中作为“示例性”描述的每个实施方式或设计方案不一定需解释成相对于其他的实施方式或设计方案是有利的或优选的。
在下面详细的描述中，参考所附的附图，所述附图形成所述描述的一部分，并且在所述附图中为了说明示出具体的实施方式，在所述实施方式中能够实施本发明。就此而言，方向术语例如“上方”、“下方”、“前方”、“后方”、“前”、“后”等参考所描述的(多个)附图的取向使用。因为实施方式的部件能够以多种不同的取向定位，所以方向术语用于说明并且不以任何方式受到限制。要理解的是：能够使用其他的实施方式并且能够进行结构上的或逻辑上的改变，而不会偏离本发明的保护范围。要理解的是：只要没有特别地另作说明，在此描述的不同的示例性的实施方式的特征就能够彼此组合。因此，下面详细的描述不能够理解为是限制性意义的，并且本发明的保护范围通过权利要求来限定。
在本说明书的范围内，术语“连接”、“联接”以及“耦联”用于描述直接的和间接的连接、直接的或间接的联接以及直接的或间接的耦联。在附图中，相同的或类似的元件设有相同的附图标记，只要这是适当的。
在此处描述的方法中，当没有明确地解释时间的或功能的次序时，能够以几乎任何任意的顺序执行步骤，而不偏离本发明的原理。如果在权利要求中阐明首先执行一个步骤并且随后依次执行多个其他步骤，那么能够将这理解成：当在其他步骤之内没有阐明次序时，将第一步骤在全部其他步骤之间执行，而其他步骤然能够以任意其他适当的顺序执行。权利要求的例如在其中执行“步骤A、步骤B、步骤C、步骤D和步骤E“的部分理解成，首先执行步骤A，最后执行步骤E，并且步骤B、C和D能够以任何任意的顺序在步骤A和E之间执行，并且次序落到要求保护的方法的表达的保护范围中。此外，如果在权利要求中的明确的表达没有阐明步骤能够单独地执行，那么给出的步骤能够同时执行。例如，用于实施权利要求中的X的步骤和用于实施权利要求中的Y的步骤能够同时在唯一的过程之内执行，并且从中得到的过程落到要求保护的方法的表达的保护范围中。
图1示出微电子模块100的第一实施方式。用于改变表面的电磁特征的微电子模块100在示出的实施方式中具有电压转换器101。电压转换器101用于将提供的第一电压V1转换成更高的、更低的或相同的第二电压V2。微电子模块100在示出的实施方式中还具有执行器102。执行器102在示出的实施方式中具有发生器103，以从由电压转换器101提供的第二电压V2中产生电等离子体。电压转换器101和执行器102在薄层的面状的衬底104上设置。薄层的面状的衬底104例如是薄膜。通过执行器102产生的电等离子体与射到表面上的电磁辐射相互作用。通过电等离子体，在此改变，优选减小射到表面上的电磁辐射的电磁特征。电压转换器101与执行器102电耦合。
根据另一个未示出的实施方式，微电子模块100也能够具有多于一个的电压转换器101，其中多个电压转换器也能够彼此电互连并且由此例如能够相互作用。微电子模块100也能够具有多个执行器102，其中每个执行器102例如能够具有一个或多个发生器103，以产生电等离子体。此外，微电子模块100根据一个未示出的实施方式能够具有用于检测射到表面上的电磁辐射的检测单元，和/或控制单元，所述控制单元构建成用于根据检测单元的、接收器的信号、上级的发送和/或控制元件的控制指令、和/或至少一个其他常规传感器的、天线的和/或控制或调节系统的信息来控制电等离子体的产生，所述接收器构建用于接收外部数据，所述外部数据包含关于检测射到表面上的电磁辐射的信息。
图2示出模块阵列200，所述模块阵列具有多个微电子模块201。每个微电子模块201具有电压转换器202和执行器203，所述执行器具有在薄层的面状的衬底205上的发生器204。虽然每个示出的模块201都具有自身的开关元件204，根据一个替选的实施方式(未示出)，一个开关元件204也能够设为用于两个或更多个模块201。模块阵列200的微电子模块201相互电连接(未示出)。
图3示出在飞行器302的下侧上的多个微电子模块301的装置300。在飞行器302的承载面303、304的下侧上，在示出的实施方式中，近似整面地设置有多个微电子模块301，以便改变飞行器表面的电磁特征。
在另一未示出的实施方式中，微电子模块301也能够在整个飞行器表面上设置在下侧和上侧上。
图4示出用于利用至少一个微电子模块或至少一个模块阵列改变电磁特征的方法的流程图400。在步骤401中，将提供的第一电压转换成更高的、更低的或相同的第二电压。在步骤402中，检测电磁辐射。在步骤403中，从第二电压中产生电等离子体。此外，在步骤404中，通过产生的电等离子体与射到表面上的电磁辐射的相互作用，改变表面的电磁特征。
虽然本发明尤其参考特定的实施方式示出和描述，应将本技术领域信任的实施方式理解为：能够关于设计方案和其细节进行大量的变化，而不偏离本发明的如通过所附的权利要求限定的范围和本质。本发明的范围因此通过所附的权利要求确定，进而意在：包括落入权利要求的词义或等价范围的全部变化。
附图标记列表：
100，201，301 模块
101，202 电压转换器
102，203 执行器
103，204 发生器
104，205 衬底
200 模块阵列
300 飞行器
303，304 承载面
400 流程图
401-404 方法步骤
V1 第一电压
V2 第二电压
Claims (14)
1.一种用于改变表面上的电磁特征的微电子模块(100)，其具有：
至少一个电压转换器(101)，其用于将提供的第一电压(V1)转换成更高的、更低的或相同的第二电压(V2)；
至少一个执行器(102)，所述执行器具有至少一个发生器(103)，所述发生器用于从由所述电压转换器(101)提供的第二电压(V2)中产生电等离子体；
其中至少所述电压转换器(101)和所述执行器(102)设置在薄层的面状的衬底(104)上；和
其中通过由所述执行器(102)产生的电等离子体与射到所述表面上的电磁辐射的相互作用，改变所述电磁特征。
2.根据权利要求1所述的微电子模块，
还具有至少一个检测单元，所述检测单元具有至少一个传感器，用于检测射到所述表面上的电磁辐射；和/或
控制单元，所述控制单元构建用于：根据所述检测单元的、接收器的信号、根据上级的发送和/或控制元件的控制指令，和/或至少一个另外的常规的传感器的、天线的和/或控制或调节系统的信息，控制电等离子体的产生，其中所述接收器构建用于接收外部数据，所述外部数据包含关于检测射到所述表面上的电磁辐射的信息。
3.根据权利要求1所述的微电子模块，
其中所述执行器(102)还构建成，检测射到所述表面上的电磁辐射。
4.根据权利要求1或2所述的微电子模块，
还具有接收器，所述接收器构建用于接收数据，所述数据包含关于检测射到所述表面上的电磁辐射的信息。
5.根据权利要求3或4所述的微电子模块，
其中根据检测的电磁辐射和/或接收的关于射到所述表面上的电磁辐射的数据，产生电等离子体。
6.根据上述权利要求中任一项所述的微电子模块，
其中表面的电磁特征的改变通过吸收和/或反射电磁辐射的外波，通过减小电磁辐射的背散射和/或通过电磁辐射的表面波的衰减进行，或者与常规的RAM覆层组合地进行。
7.根据上述权利要求中任一项所述的微电子模块，
其中借助于至少一个执行器(102)产生频率选择的表面，其中通过操控至少一个所述执行器(102)能够在所述表面上、在所述表面中或在所述表面之下生成分布的或周期性传导的等离子体结构，其中产生的等离子体具有特定的频带，其中所述频带的宽度和/或平均频率可通过施加的磁场控制，其中通过生成的等离子体的影响，形成有源的超材料，所述超材料能够作为带通、带阻、高通、低通或它们的组合，用于改变电磁波。
8.根据上述权利要求中任一项所述的微电子模块，
其中薄层的面状的所述衬底(104)是柔性的和/或可多维变形的薄膜或栅格。
9.根据上述权利要求中任一项所述的微电子模块，
其中所述模块(100)具有多个执行器(102)，和/或
其中所述模块(100)具有至少一个开关元件，其用于激活和/或去激活所述模块和/或多个所述执行器(102)中的至少一个；和/或
其中通过所述执行器(102)能够构成在所述表面上能自由限定的天线或天线阵列，以用于调整天线增益、极化和接收方向，其中所述天线或所述天线阵列能够用作为用于电磁辐射的发送和/或接收天线；和/或
其中所述发送和/或接收天线能够经由耦合输入和/或耦合输出装置耦联于外部的发送器和/或接收器。
10.根据上述权利要求中任一项所述的微电子模块，
其中所述电压转换器(101)、所述开关元件、所述执行器(102)、所述检测单元、所述传感器、所述接收器、所述发送器和/或所述控制元件构成为MEMS结构。
11.一种模块阵列(200)，
具有多个根据上述权利要求中任一项所述的微电子模块(201)。
12.根据权利要求11所述的模块阵列，
其中能够时间错开地和/或相移地操控多个所述模块(201)的所述执行器(204)；
其中通过利用干涉现象影响强度。
13.一种在交通工具(302)的表面上和/或在交通工具(302)的表面中的根据上述权利要求中任一项所述的至少一个微电子模块(301)或至少一个模块阵列的装置(300)，
其中所述表面具有覆层，所述覆层至少部分地吸收射到所述表面上的电磁辐射，和/或
其中所述交通工具是空中交通工具、水上交通工具或陆上交通工具。
14.一种利用根据上述权利要求中任一项所述的至少一个微电子模块或至少一个模块阵列来改变表面上的电磁特征的方法(400)，具有如下步骤：
将提供的第一电压转换成更高的、更低的或相同的第二电压(401)；
检测电磁辐射(402)；
从所述第二电压(403)中产生电等离子体；
通过产生的电等离子体与射到所述表面上的电磁辐射(404)的相互作用，改变所述表面的电磁特征。
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