微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮

1.本发明涉及电磁散射控制与天线技术领域，特别涉及微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮。


背景技术：

2.对电磁波辐射和散射的调控一直是电磁领域研究的主题。超表面是指具有亚波长尺度的单元按一定的宏观排列方式形成的并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。超表面的出现极大地提升了对电磁波散射调控和辐射调控的能力，更是广泛应用于武器装备的隐身设计和电磁屏蔽等领域。但是仅具有散射和辐射功能的超表面是被动的，不能够自适应复杂的电磁环境，不能根据探测电磁波的改变做出及时的响应。因此，需要寻求一种能够智能地检测入射电磁波，并能根据入射电磁波的信息实时调控散射和辐射的智能蒙皮。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮，能够在微波频段检测入射电磁波，并能实时、动态、主动地调控电磁波的散射和辐射。
4.本发明提供了微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮，包括：
5.天线阵列：包括m*n个天线单元，用于接收入射电磁波信号，并将入射电磁波信号输送到智能控制系统；
6.智能控制系统：用于分析入射电磁波信号的入射方向、极化和频率，预设电磁调控目标，根据预设的电磁调控目标与入射电磁波信号的分析结果输出控制信号，调控有源超表面和天线阵列的状态参数；
7.有源超表面：包括m*n个电磁结构单元，其与智能控制系统电连接，在电磁结构单元间加载二极管、三极管或石墨烯，根据输出控制信号调节二极管、三极管或石墨烯的状态参数。
8.进一步地，还包括：
9.金属背板，设置在天线阵列的底部。
10.进一步地，所述智能控制系统采用的馈电方式为传输线馈电或空间馈电。
11.进一步地，所述天线阵列中的m*n个天线单元是各向异性的。
12.与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
13.本发明提出的微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮，由天线阵列实时检测入射电磁波信号并通过信号传输线传输给智能控制系统，智能控制系统对所接收到的信号进行处理后，根据入射电磁波的信息以及预设的电磁调控目标生成控制信号，并将控制信号经过信号传输线和分别传输给有源超表面和天线阵列，进行有源超表面散射电磁波的动态调控和天线阵列辐射电磁波的动态调控；本发明的每个模块高度集成化，可批量化生产；本发明提供的微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮，可以完全独立地、主动地完成各种电磁调
控功能的转换，减少人为的操作，可以大大节约转换时间，提高工作的效率。
附图说明
14.图1为本发明实施例提供的整体结构示意图；
15.图2为本发明实施例提供的工作流程示意图；
16.图3为本发明实施例提供的对入射电磁波入射方向、极化和频率检测的流程图；
17.图4为本发明实施例提供的将入射电磁波散射为上下两个波束的散射电磁波调控示意图；
18.图5为本发明实施例提供的将入射电磁波散射为四个波束的散射电磁波调控示意图；
19.图6为本发明实施例提供的将入射电磁波散射为空间均匀分布的散射电磁波调控示意图；
20.图7为本发明实施例提供的对入射电磁波的散射调控实现的雷达散射截面(rcs)缩减效果图；
21.图8为本发明实施例提供的辐射电磁波主瓣方向平行于所述智能蒙皮法线方向的辐射电磁波调控示意图；
22.图9为本发明实施例提供的辐射电磁波方向可以任意改变，主瓣方向与智能蒙皮的法线方向成一定角度的辐射电磁波调控示意图；
23.图10为本发明实施例提供的智能蒙皮可调控辐射电磁波为两个波束时的辐射电磁波调控示意图。
24.附图标记说明：1-有源超表面，2-天线阵列，3-智能控制系统，4-金属背板。
具体实施方式
25.下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.参照图1至图10，本发明提供了微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮，包括：
28.天线阵列2：包括m*n个天线单元，具备m*n个输入，m*n个输出，每个天线单元均可独立接收和发射电磁波。天线阵列2接收入射电磁波信号，并将入射电磁波信号输送到智能控制系统3，天线阵列2中的m*n个天线单元是各向异性的，同时所述天线阵列能够辐射微波频段的电磁波；
29.金属背板4，设置在天线阵列2的底部；
30.智能控制系统3：接收来自天线阵列2的入射电磁波信号，利用智能算法分析入射电磁波信号的入射方向、极化和频率，预设电磁调控目标，根据预设的电磁调控目标与入射电磁波信号的分析结果输出控制信号，调控有源超表面1和天线阵列2的状态参数，即调控天线阵列2中的各天线单元的馈电幅值和相位，从而调控电磁波的辐射，智能控制系统3采用的馈电方式为传输线馈电或空间馈电；
31.有源超表面1：由m*n个电磁结构单元周期性或者非周期性组成，与智能控制系统3电连接，在电磁结构单元间加载二极管、三极管或石墨烯，根据输出控制信号调节二极管、三极管或石墨烯的状态参数，实现有源超表面1状态参数的调控，或者通过机械调控的方法实现有源超表面1的功能可重构。有源超表面1用于调控微波频段散射电磁波的幅值、相位、频率和极化中的一种或多种。
32.其中，所述有源超表面1和天线阵列2可以是位于同一平面内一体化设计的，也可以是位于不同平面内复合设计的。
33.其中，智能控制系统3可以是一种集成电路芯片，具备信号的处理能力。智能控制系统3可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
34.本发明提供的微波传感、辐射和散射一体化智能蒙皮，可用于复杂电磁环境下的电磁波散射和辐射的自适应调控，能够解决现有蒙皮功能单一，适用性不强的问题。本发明所提供的设计集成度高、可批量生产，可控性好，可用于入射电磁场/波的传感检测、入射电磁场/波的散射调控和辐射调控，适用于复杂电磁环境下电磁波散射和辐射的自适应调控。本发明除了实现传统超表面对电磁波散射和辐射的调控外，还引入了入射电磁波极化、入射方向和频率的传感检测。
35.工作原理：天线阵列2实时检测入射电磁波信号并通过信号传输线传输给智能控制系统3；智能控制系统3对所接收到的信号进行处理后，根据入射电磁波的信息以及预设的电磁调控目标生成控制信号，并将控制信号经过信号传输线分别传输给有源超表面和天线阵列；有源超表面根据控制信号动态地调控散射电磁波，天线阵列根据控制信号动态地调控辐射电磁波。
36.本实施例中，设整个智能蒙皮在自由空间中利用平面电磁波照射，利用电磁仿真软件对本发明实施例的不同状态下的三维远场散射方向图进行仿真；同时改变天线阵列阵元的馈电对本发明实施例的不同状态下的三维辐射方向图进行仿真。
37.仿真1：作为特例，将pin二极管加载到有源超表面的单元结构中，通过改变pin二极管的状态可以实现对入射电磁波不同的散射调控，如图4、图5和图6所示，可以分别将电磁波散射为两波束、四波束和均匀分布。
38.仿真2：作为特例，通过改变有源超表面的状态可以调控入射电磁波的散射从而实现所述智能蒙皮的宽带rcs缩减，如图7所示。
39.仿真3：作为特例，通过改变天线阵列各阵元的馈电的相位和幅值可以实现辐射调控，如图8、图9和图10所示，辐射电磁波可以分别为：主瓣方向平行于所述智能蒙皮法线方向、主瓣方向与所述智能蒙皮法线方向成一定角度、辐射为两个波束。
40.以上仿真结果说明，本实施例的一种微波传感、散射和辐射一体化智能蒙皮实现了对入射电磁波的传感检测、散射调控和辐射调控，同时以加载pin二极管的有源超表面为特例展现了良好的散射调控能力，也展现了良好的辐射调控能力。
41.以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之变都应落入本发明的保护范围。