可光学重构的射频天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于飞机系统的可光学重构的射频天线及其使用方法。在一个实施例中，所述天线包括表面共形反射器（１０８），该表面共形反射器包括可光学寻址的碳纳米管。所述碳纳米管可以与光敏材料结合，从而暴露于正确波长的光会使所述碳纳米管在金属状态和非金属状态之间来回切换。所述天线具有发射器（１０２）和可寻址光学导体，所述发射器（１０２）在表面照射器的方向上发射射频信号，所述可寻址光学导体用一个或多于一个光学信号照射所述纳米管。当照射多个域时，它们使部分碳纳米管在其非金属状态和金属状态之间切换，以反射所发射的射频信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开的领域涉及用于重构飞机上的射频天线的技术系统和方法，且更具体地涉 及光学重构源自于射频天线和反射器的电信号的方向，所述反射器采用光敏碳纳米管构建 成。
技术介绍
用于阻碍对飞机天线的电磁干扰/攻击的现有方案需要复杂且仅边缘 (marginally)有效的电子设备来试图阻止引入的电磁干扰脉冲或将其分流到地。而且为了 控制抗干扰/抗攻击的天线图案，可用的方法采用固定图案的反射器或者进行动态重构， 即，其中每个天线具有其自身的发射或接收电子设备的小天线大阵列，或其中每个天线具 有其自身的无源移相器的小天线大阵列。虽然通过采用现有的系统和方法已经获得期望的 结果，但是减少上述不期望的特征的新颖的系统和方法会更具实用性。
技术实现思路
根据本公开教导的技术系统和方法可有利地提供能够动态呈现出对带内高功率 电磁干扰不敏感的天线。这些技术系统具有的第二益处在于使天线图案可动态重构而不对 天线增加大量电子设备。在一个实施例中，所述系统包括表面共形反射器，该表面共形反射器包括可光学 寻址碳纳米管域的二维阵列。所述纳米管可以与光敏材料结合，从而使得暴露于正确波长 的光会使所述纳米管在金属状态和非金属状态之间来回切换。每个域可被光学寻址以切换 所述纳米管的状态。所述系统包括在表面照射器的方向发射射频信号的发射器以及用一个 或多于一个光学信号照射所述域的光导体。当所述域被照射时，它们使碳纳米管的可寻址 域在非金属状态和金属状态之间切换，以反射所发射的射频信号。这些域可以用于产生表 面共形的无源阵列，所述无源阵列在与单个发射器/接收器天线一起使用时形成可操纵和 频率灵活的有效天线。在另一实施例中，一种航天组件包括一结构和可操作地耦合到所述结构的航天系 统。所述航天系统包括发射器和表面共形反射器，所述表面共形反射器包括可光学寻址碳 纳米管域的二维阵列。所述域在被光学寻址时导致所述纳米管在非金属状态和金属状态之 间切换。所述发射器在表面照射器的方向发射射频信号。光导体被耦合到所述反射器，以 便用一个或多于一个光学信号照射所述域，从而使可光学寻址碳纳米管域在金属状态和非 金属状态之间来回切换，以选择性地反射所发射的射频信号。在另一实施例中，一种方法包括提供表面共形反射器，该表面共形反射器包括可 光学寻址碳纳米管域的二维阵列。所述域在被光学寻址时在金属状态和非金属状态之间来 回切换。在所述反射器的方向从发射器发射射频信号。然后用光学信号寻址所述域，以使 所述碳纳米管的所述域在非金属状态和金属状态之间切换，从而在预定方向反射所发射的 射频信号。在上文中已经讨论过或将在下文中讨论的特征、功能和优势可以独立地在各个实 施例中获得，或者可以在其他实施例中进行组合，其更多细节可以通过参考下面的描述和 附图变得明显。附图说明通过参考下面的附图，更详细地描述根据本公开教导的系统和方法的实施例。图1是示出根据本专利技术实施例的可光学重构的反射器和天线的等角视图。图2是图1所示系统的可光学重构的反射器的放大横截面视图。图3是图1所示系统的可光学重构的反射器和天线的简化示意图。图4是根据本专利技术另一实施例的用于光学配置天线的反射方向的方法的流程图。具体实施例方式本公开教导了可光学重构的射频(RF)天线技术系统和方法。本专利技术的一些实施 例的许多具体细节在下文和图1-4中描述，以提供对这些实施例的全面理解。然而，本领域 技术人员将理解，本专利技术可以具有额外的实施例，或者可以在脱离下文中描述的多个细节 的情况下实施本专利技术。本文公开的碳纳米管是一种当邻近的光敏材料被照射时其变为具有 导电性的材料，当被照射时变为具有导电性的任何材料均可替代该碳纳米管和本文公开的 光敏材料。采用光敏碳纳米管有可能产生薄且轻量的图案化阻抗表面，其中金属区域和非金 属区域的图案可以被动态改变。该能力能够使一种与复杂表面结合使用的天线改变其操作 频率和方向。因此，一个天线可以用于许多不同应用并且可能使该天线系统容易与交通工 具的飞行表面共形(conform)。此外，表面上的图案化阻抗可以用于使天线在高功率射频干 扰/攻击期间对RF输入不敏感。公开的飞机系统包括用于发射或接收的天线。该天线可以使其电磁图案从全向平 稳地变化为窄束，这可以使射束被操纵/转向(steer)，并将使操作频率可调，该天线将由 电无源设备组成，其形状可以被设计成与表面(诸如飞机或任何交通工具的表面)共形，并 且可以高度抗电磁干扰。采用纳米管的飞机系统的操作包括两部分。虽然公开了该系统可以被用在飞机 上，但该操作和系统不限于飞机并且可以用于任何移动或静止的设备。第一部分是全息过 程(holographic process)，天线通过该全息过程与纳米管表面上的图案相互作用，以产生 改进的复合RF图案。系统操作的第二部分包括在光波导和可光学寻址的纳米管之间的相 互作用，其中所述光波导使光照射通过该波导中的小开口，所述可光学寻址的纳米管控制 图案化表面上的反射。当光照射附着到碳纳米管208的光敏材料210时，光敏材料210产 生电子，导致相邻的纳米管作为导体反射RF信号。图1是示出该过程如何通过采用小的全 向发射天线产生指向单一固定方向的聚焦射束的示例性图。在图1中，系统100具有小照射器天线102 (本文中也被称为发射器)，其基本均勻 地在所有方向上发出RF能量104。发出的能量照射到表面共形反射器108上方的空间和 表面106上。如果表面106是非导电材料，则从天线102发出的能量104会通过表面106。 如果表面106由导电材料(诸如金属)构成，则发出的能量104会变为反射能量110。如果能量104被反射，则反射能量110会与直接从天线102发出的能量104结合，产生高射频强 度和低射频强度的环形区域(相对)简单图案。在本文描述的系统100中，表面106是附着到飞机壳体的碳纳米管的导电区域112 和非导电区域114的补片(patch)的混合体。当光学信号照射到补片112时，补片112变得 导电。从天线102直接发射的能量104和由各个导电补片112(在本文中也称为图案表面) 反射出的能量110之间的相互作用可以被构造成产生聚焦在一个方向上的反射能量110的 输出射束。补片112通过使用如本文描述的光学信号而被各自寻址，以选择性地使得部分 补片112变得导电。而且，补片112通过使用如本文描述的光学信号而被各自寻址，以选择 性地禁用部分补片，致使禁用的补片不导电。补片112的导电性的变化会导致来自天线102 的RF信号的反射方向的变化。如果天线102是接收天线，则该反射和结合过程反过来同样工作良好。如果将全 向发射转换为沿某轴线发出的紧密射束的表面106被暴露于沿着该轴线进入的紧密射束， 则输入的紧密射束从图案化表面112的反射与部分未撞击该表面的射束相互作用，产生指 向天线102的全向信号。由于产生所发射的全向信号的天线102也会对所接收的全向信号 敏感，因此天线102将检测以紧密射束发射的输入信号。图2示出与飞机的飞机壳体202耦合的反射器200。飞机壳体202附连到具有表 面106的飞机的结构部分，该表面106通过光学介质204a-204n(诸如光导)阵列耦合到碳 纳米管的许多小域/光敏化剂208的二维阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用电子方式操纵天线的辐射方向的方法，所述方法包括：提供表面共形反射器，其包括照射碳纳米管的可寻址光学介质阵列；在所述反射器的方向从发射器发射射频信号；和用一个或多于一个光学信号选择性地寻址所述光学介质以照射所述碳纳米管并使所述碳纳米管的状态在其非金属状态和金属状态之间切换以改变所发射的射频信号的反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TL威沃，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]