CN112821086A - 一种光控可重构微波吸波系统及其光控重构微波吸波方法 - Google Patents

一种光控可重构微波吸波系统及其光控重构微波吸波方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光控可重构微波吸波系统及其光控重构微波吸波方法,所述系统包括:用于调节吸波器的导通的控制单元;用于驱动控制单元的驱动单元;用于启动驱动单元的光源单元。本发明比起传统的电控方法具备无外加线路干扰、简便易行、灵活可靠的特点,在特定场合可以结合光照进行自动控制,比如天亮就开启,天黑就关闭,也可以使用特定波长的光源进行控制,典型方法是使用氮化镓基的日盲型紫外探测器进行控制,仅对深紫外波段的光源响应,从而可以有效避免太阳光等自然光的干扰;可以灵活调节光源照射面积,既可以使用大面积光照同时照射吸波器整个面积,也可以调节照射光束形成一个或多个光斑来照射吸波器上的部分面积。

Description

一种光控可重构微波吸波系统及其光控重构微波吸波方法
技术领域
本发明涉及一种光控可重构微波吸波系统,具体是一种光控可重构微波吸波系统及其光控重构微波吸波方法。
背景技术
微波吸波器是一种重要的微波器件,可以对特定波长范围的电磁波实现高度吸收。在实际应用中,人们对微波吸波器提出了越来越高的要求,包括可重构特性,即在给定的驱动激励下,吸波器的吸波特性可以相应地改变。
当前主流的吸波器可重构方式是使用电控方法,典型做法是用开关二极管来控制吸波器中某一段电路的通断,从而实现在电路通断时不同的吸波特性。
此方法的一个难点在于开关二极管的控制需要复杂的馈电线路,这些馈电线路不仅繁琐复杂,而且很容易引入高次谐波或者其他干扰,影响吸波器的吸波特性。
发明内容
发明目的:提供一种光控可重构微波吸波系统及其光控重构微波吸波方法,以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案:一种光控可重构微波吸波系统,包括:
控制单元,用于调节吸波器的导通;
驱动单元,用于驱动控制单元;
光源单元,用于启动驱动单元。
在进一步实施例中,所述控制单元包括开关二极管,所述开关二极管用于完成对吸波器导通。
在进一步实施例中,所述驱动单元包括采用光生伏特效应器件进行驱动所述控制单元;
所述光生伏特效应器件采用太阳能电池进行感应光源单元进行驱动控制单元的导通、关断;
所述太阳能电池包括若干个电池单元组成的并联、串联结构;
所述光源单元包括自然光源;
所述自然光源包括太阳光或者近似太阳光宽谱自然光源作为控制光源;
所述太阳能电池包括采用普通单晶硅、多晶硅、碲化镉、铜铟镓硒或者其他太阳能电池来控制开关二极管的导通或者关断。
在进一步实施例中,所述驱动单元包括采用光电探测器进行驱动所述控制单元;
所述光电探测器进行感应光源单元进行驱动控制单元的导通、关断;
所述光电探测器包括若干个探测器单元组成的并联、串联结构;
所述光源单元包括特定光源;
所述特定光源包括特定波长范围光源;
所述特定波长范围光源包括紫外光、红外光和可见光,响应的特定波长范围的光电探测器包括氮化镓紫外探测器、铟磷基红外探测器和硅基可见光探测器以及其他已知的光电探测器。
在进一步实施例中,所述光源单元通过调节光源照射面积,从而控制吸波器照射位置的可重构调节。
在进一步实施例中,所述吸波器包括良导体层,设置在所述良导体层上方的介质层;
所述控制单元、驱动单元形成接收单元;
所述介质层上分布有若干组接收单元。
一种光控可重构微波吸波方法,包括:
自然光控方法和特定光控方法。
在进一步实施例中,
所述自然光控方法包括:
S1、通过光源单元照射吸波器;
S2、吸波器上的驱动单元将感应光源照射;
S3、驱动单元感应光源照射后进行驱动控制单元进行调节吸波器的导通。
在进一步实施例中,所述特定光控方法包括:
S1、通过调整光源单元照射至吸波器的照射位置;
S2、吸波器上照射位置上的驱动单元将感应光源照射;
S3、驱动单元感应光源照射后将进行驱动控制单元进行调节吸波器受光源照射位置的导通。
在进一步实施例中,所述特定光控方法S1还包括:
S11、使用光源单元照射整个吸波器;
S12、调节光源单元照射光束形成若干个光斑来照射吸波器上的部分位置,从而实现灵活控制吸波器不同部位的可重构调节;
在使用自然光源或者特定光源的光照射吸波器时,被照射部位的接收单元通过驱动单元进行控制驱动单元导通,从而吸波器中某些预先设计好的特定路线导通,使得吸波性能产生很大变化,从而可以实现光控可重构。
有益效果:本发明公开了一种光控可重构微波吸波系统,比起传统的电控方法具备无外加线路干扰、简便易行、灵活可靠的特点;使用太阳光或者其他普通光源进行控制,简便易行,在特定场合可以结合光照进行自动控制,比如天亮就开启,天黑就关闭,也可以使用特定波长的光源进行控制,典型方法是使用氮化镓基的日盲型紫外探测器进行控制,仅对深紫外波段的光源响应,从而可以有效避免太阳光等自然光的干扰;可以灵活调节光源照射面积,既可以使用大面积光照同时照射吸波器整个面积,也可以调节照射光束形成一个或多个光斑来照射吸波器上的部分面积,从而灵活控制吸波器不同部分的可重构调节。
附图说明
图1为本发明的具体实施例一的方案设计示意图。
图2为本发明的具体实施例一的接收单元设计示意图。
图3为本发明的具体实施例二的方案设计示意图。
图4为本发明的具体实施例二的接收单元设计示意图。
图5为两个实施例所共用的吸波器周期结构示意图。
图6为两个实施例所共用的吸波器重构效果仿真图。
附图标记:介质层3、良导体层4、自然光源5、接收单元6、光生伏特效应器件61、开关二极管62、光电探测器63、特定光源7。
具体实施方式
经过申请人的研究分析,出现这一问题(现有吸波器的吸波特性容易受到影响)的原因在于,当前主流的吸波器可重构方式是使用电控方法,典型做法是用开关二极管来控制吸波器中某一段电路的通断,从而实现在电路通断时不同的吸波特性。
此方法的一个难点在于开关二极管的控制需要复杂的馈电线路,这些馈电线路不仅繁琐复杂,而且很容易引入高次谐波或者其他干扰,影响吸波器的吸波特性。
本发明公开了一种光控可重构微波吸波系统,比起传统的电控方法具备无外加线路干扰、简便易行、灵活可靠的特点;使用太阳光或者其他普通光源进行控制,简便易行,在特定场合可以结合光照进行自动控制,比如天亮就开启,天黑就关闭,也可以使用特定波长的光源进行控制,典型方法是使用氮化镓基的日盲型紫外探测器进行控制,仅对深紫外波段的光源响应,从而可以有效避免太阳光等自然光的干扰;可以灵活调节光源照射面积,既可以使用大面积光照同时照射吸波器整个面积,也可以调节照射光束形成一个或多个光斑来照射吸波器上的部分面积,从而灵活控制吸波器不同部分的可重构调节。
一种光控可重构微波吸波系统包括:控制单元,用于调节吸波器的导通;驱动单元,用于驱动控制单元;光源单元,用于启动驱动单元。
所述控制单元包括开关二极管62,所述开关二极管62用于完成对吸波器导通;
所述光源单元通过调节光源照射面积,从而控制吸波器照射位置的可重构调节。
所述吸波器包括良导体层4,设置在所述良导体层4上方的介质层3;
所述控制单元、驱动单元形成接收单元6;
所述介质层3上分布有若干组接收单元6;
采用开关二极管62控制的周期三明治结构吸波器,由上到下三层依次为:导电周期结构-介质层-良导体层,每一层的厚度通常不大于四分之一工作波长,即厚度t£l/4。
最上面一层到点周期结构为多个相同单元的周期性重复,每个单元周期通常为工作频率所对应的亚波长结构,即通常有周期p£l或p@l。
吸波器结构参数为:介质为PET,介电常数为3,厚度h=4mm。
方环外边长W1=5.3mm,内边长W2=5mm。
方环及底部的底板均采用ITO材料,面电阻Rs=8Ohm/sq。
二极管位置长d=1mm,结构周期L1=8mm。
二极管导通和截止时特性如下:导通时二极管等效为RL串联电路,R=4ohm,L=50nH;截止时二极管等效为RC并联电路,R=3MΩ,C=26fF。
日盲型紫外探测器的截止波长与所选取的半导体材料的关系:截止波长l(μm)=1.24/Eg(eV)。
示例:选取氮化镓材料,其禁带宽度Eg=3.4eV,对应截止波长l=1.24/3.4=0.36μm,意味着所有波长比0.36μm长的光(包括可见光)都不能被氮化镓所吸收,所以我们说氮化镓是可见光透明的。
进一步的,可以使用Al、Ga、N组成三元化合物AlxGa(1-x)N,可以近似看作是禁带宽度6.2eV的AlN和禁带宽度3.4eV的GaN的混合,其中AlN占的比例为x,GaN占的比例为(1-x),则三元化合物的禁带宽度为6.2x+3.4(1-x),然后可以再由l(μm)=1.24/Eg(eV)计算得到对应的截止波长。
使用此方法,通过调节三元化合物中AlN和GaN的比例,可以调节截止波长,得到对太阳光透明的(成为日盲型)紫外探测器。
导通和截止时周期结构的吸波率对比曲线如图4所示;
使用开关二极管62来调节可重构微波吸波器中的关键位置的导通电阻,使用光伏电池或者其他具有光生伏特效应的器件来驱动开关二极管62;在使用自然光或者特定光源7的光照射吸波器时,二极管导通,从而吸波器中某些预先设计好的特定路线导通,使得吸波性能产生很大变化,从而可以实现光控可重构。
根据上述光控可重构微波吸波器,采用普通单晶硅、多晶硅、碲化镉、铜铟镓硒或者其他太阳能电池来控制开关二极管62的导通或者关断,使用太阳光或者近似的宽谱自然光源5作为控制光源;所述太阳能电池包括一个或多个电池单元的并串联结构。
根据上述光控可重构微波吸波器,采用只对特定波长范围的光响应的光电探测器63来控制开关二极管62的导通或者关断,使用相应的特定波长范围的光源作为控制光源;所述特定波长范围包括紫外光、红外光和可见光,所述响应的特定波长范围的光电探测器63包括氮化镓紫外探测器、铟磷基红外探测器和硅基可见光探测器以及其他已知的光电探测器63;所述光电探测器63包括一个或多个探测器单元的并串联结构。
根据上述光控可重构微波吸波器,灵活调节光源照射面积,既可以使用大面积光照同时照射吸波器整个面积,也可以调节照射光束形成一个或多个光斑来照射吸波器上的部分面积,从而灵活控制吸波器不同部分的可重构调节。
具体实施方式一:
所述驱动单元包括采用光生伏特效应器件61进行驱动所述控制单元;
所述光生伏特效应器件61采用太阳能电池进行感应光源单元进行驱动控制单元的导通、关断;
所述太阳能电池包括若干个电池单元组成的并联、串联结构;
所述光源单元包括自然光源5;
所述自然光源5包括太阳光或者近似太阳光宽谱自然光源5作为控制光源;
所述太阳能电池包括采用普通单晶硅、多晶硅、碲化镉、铜铟镓硒或者其他太阳能电池来控制开关二极管62的导通或者关断。
具体实施方式二:
所述驱动单元包括采用光电探测器63进行驱动所述控制单元;
所述光电探测器63进行感应光源单元进行驱动控制单元的导通、关断;
所述光电探测器63包括若干个探测器单元组成的并联、串联结构;
所述光源单元包括特定光源7;
所述特定光源7包括特定波长范围光源;
所述特定波长范围光源包括紫外光、红外光和可见光,响应的特定波长范围的光电探测器63包括氮化镓紫外探测器、铟磷基红外探测器和硅基可见光探测器以及其他已知的光电探测器63。
工作原理说明:自然光控方法包括:通过光源单元照射吸波器;吸波器上的驱动单元将感应光源照射;驱动单元感应光源照射后进行驱动控制单元进行调节吸波器的导通。
特定光控方法包括:通过调整光源单元照射至吸波器的照射位置;使用光源单元照射整个吸波器,或者调节光源单元照射光束形成若干个光斑来照射吸波器上的部分位置,从而实现灵活控制吸波器不同部位的可重构调节;吸波器上照射位置上的驱动单元将感应光源照射;驱动单元感应光源照射后将进行驱动控制单元进行调节吸波器受光源照射位置的导通。
在使用自然光源5或者特定光源7的光照射吸波器时,被照射部位的接收单元6通过驱动单元进行控制驱动单元导通,从而吸波器中某些预先设计好的特定路线导通,使得吸波性能产生很大变化,从而可以实现光控可重构。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光控可重构微波吸波系统,其特征是,包括:
控制单元,用于调节吸波器的导通;
驱动单元,用于驱动控制单元;
光源单元,用于启动驱动单元。
2.根据权利要求1所述的一种光控可重构微波吸波系统,其特征是:所述控制单元包括开关二极管,所述开关二极管用于完成对吸波器导通。
3.根据权利要求1所述的一种光控可重构微波吸波系统,其特征是:
所述驱动单元包括采用光生伏特效应器件进行驱动所述控制单元;
所述光生伏特效应器件采用太阳能电池进行感应光源单元进行驱动控制单元的导通、关断;
所述太阳能电池包括若干个电池单元组成的并联、串联结构;
所述光源单元包括自然光源。
4.根据权利要求1所述的一种光控可重构微波吸波系统,其特征是:所述驱动单元包括采用光电探测器进行驱动所述控制单元;
所述光电探测器进行感应光源单元进行驱动控制单元的导通、关断;
所述光电探测器包括若干个探测器单元组成的并联、串联结构;
所述光源单元包括特定光源;
所述特定光源包括特定波长范围光源。
5.根据权利要求1所述的一种光控可重构微波吸波系统,其特征是:通过光源单元调节光源照射面积,从而控制吸波器照射位置的可重构调节。
6.根据权利要求1所述的一种光控可重构微波吸波系统,其特征是:
所述吸波器包括良导体层,设置在所述良导体层上方的介质层;
所述控制单元、驱动单元形成接收单元;
所述介质层上分布有若干组接收单元。
7.一种光控可重构微波吸波方法,其特征是,包括:
自然光控方法和特定光控方法。
8.根据权利要求7所述的一种光控可重构微波吸波方法,其特征是:
所述自然光控方法包括:
S1、通过光源单元照射吸波器;
S2、吸波器上的驱动单元将感应光源照射;
S3、驱动单元感应光源照射后进行驱动控制单元进行调节吸波器的导通。
9.根据权利要求7所述的一种光控可重构微波吸波方法,其特征是:
所述特定光控方法包括:
S1、通过调整光源单元照射至吸波器的照射位置;
S2、吸波器上照射位置上的驱动单元将感应光源照射;
S3、驱动单元感应光源照射后将进行驱动控制单元进行调节吸波器受光源照射位置的导通。
10.根据权利要求9所述的一种光控可重构微波吸波方法,其特征是:所述特定光控方法S1还包括:
S11、使用光源单元照射整个吸波器;
S12、调节光源单元照射光束形成若干个光斑来照射吸波器上的部分位置,从而实现灵活控制吸波器不同部位的可重构调节。
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