[發明專利]一種光調控直流變換器件

有效

• 申請號: 201510540698.0
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105047335B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 蔣衛祥;崔鐵軍;張娜;徐白冰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01C1/16
• 分類號: H01C1/16;H01C13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種直流場的光控變換器件，屬于新型人工電磁器件領域。

背景技術

新型人工電磁材料作為一種新型媒質，具有自然界材料所無法比擬的特性，它的介電常數和磁導率在特定的頻段內能夠實現人工可調。此外，在變換光學的理論指導下，科研工作者們研發出許多變換器件，而且大多都可以使用新型人工電磁材料來加工制作。但之前關于新型人工電磁材料的研究大部分停留在時諧場，鮮有靜電場或者靜磁場方面的研究。時諧場的隱身器件工作頻帶較窄，被隱身物體的尺寸也有限。相比較而言，直流場隱身衣由電阻網絡構建而成，極限值的導電率可以輕易實現，隱身區域的靈活度也更高。

發明內容

技術問題：本發明提供了一種在直流場下，由光照強度調控的光調控變換器件。

技術方案：本發明利用光敏電阻(VT20n1)構成的環形電阻網絡來模擬導電媒質，通過調節照射光強度改變徑向電阻和切向電阻的阻值，來實現材料電導率的非均勻性和各向異性。

本發明的光調控變換器件，包括隱身區域、設置在所述隱身區域外側的多層環形電阻網絡，所述環形電阻網絡由切向電阻連接而成，相鄰兩層環形電阻網絡之間由徑向電阻連接，構成同心圓網絡結構，所述的同心圓網絡結構中設置有光調控區域，所述光調控區域內的切向電阻和徑向電阻上均并聯有光敏電阻。同一層環形電阻網絡中，所有切向電阻阻值相等，所有與該層環形電阻網絡連接的徑向電阻阻值也相等，徑向電阻與切向電阻的阻值不同，不同層的環形電阻網絡之間，切向電阻各不相同，各自所連接的徑向電阻阻值也不相等。

進一步的，本發明的光調控直流變換器件中，每個所述的光調控區域內，所有切向電阻和徑向電阻上并聯的光敏電阻阻值均相等。

進一步的，本發明的光調控直流變換器件中，隱身區域由金屬板構成。

本發明中，主體結構采用徑向電阻和切向電阻相互連接形成環形電阻網絡，為實現環形電阻網絡與材料的等效，對連續材料進行網格劃分，網格基本單元用兩種電阻來實現。同心圓網絡結構中，各切向電阻和徑向電阻的阻值由下式確定：

其中，△ρ與分別為徑向上的步長和切向上的步長，σ_ρ與分別為導體媒質板材料徑向上的電導率和切向上的電導率，h為設置同心圓網絡結構的導體媒質板的厚度，ρ為圓柱坐標系中的徑向分量，為非光調控區域的各電阻值。因此，各向異性電導率是可以通過改變徑向和切向電阻阻值來實現的。

為了得到可調的直流超材料單元，我們給光調控區域中的原電阻并聯上了一個光敏電阻，如圖2所示。因此在工作過程中，收到光照的情況下，光調控區域的切向電阻和徑向電阻的阻值會發生變化，具體阻值可根據下式計算：

其中，R_l為光敏電阻阻值，大小由光照強度控制。R_ρ與R_φ分別為并聯光敏電阻前的徑向阻值和切向阻值，R為光調控區域中并聯光敏電阻的各電阻在光照下的阻值。當關閉照射燈時，本發明的器件相當于直流隱身衣；當打開照射燈時，器件相當于直流幻覺器件，而且隨光照強度變化，原物體的靜電特征將發生改變，可以等效為不同導電性質的物體。

本發明在圓環狀電阻網絡引入了并聯光敏電阻，從而構成可調控的新型人工電磁材料單元，不同強度的照射光照射整個電阻網絡，獲得不同網絡性能，實現不同的功能。電阻網絡用網絡電阻的形式模擬導電媒質，用徑向和切向電阻不相等來模擬電導率非均勻和各向異性的材料，這種方法使可調變換器件的設計變得簡單直接，更加靈活。本發明器件工作在靜電場，不受高頻響應的影響。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本發明提供了一種基于直流超材料的多功能變換器件，將變換器件向遠程控制的多功能變換器件進行了拓展。

相比于時諧場隱身器件，由于不受頻率偏移的影響，其材料的等效電磁參數非常穩定，抗干擾能力強，因此直流場隱身衣效果更好。并且不受頻率限制，器件尺寸可以做的很大，隱身區域的設計也就相對靈活。

相比于單一的直流場隱身器件，本發明引入光敏電阻構成全新的人工電磁材料單元實現對器件的調控，不同的條件下該變換器件擁有隱身與幻覺的雙重功能。當照射燈處于關閉狀態時，為隱身衣；照射燈切換到打開狀態時，起幻覺效果。

附圖說明

圖1(a)是光調控直流變換器件的原理圖。當關閉光源時，器件相當于直流場隱身衣；當打開光源時，器件相當于直流場幻覺器件。而當調節照射光強度時，隨著光照強度的變化，探測器探測到的虛擬物體的尺寸和材料特性也會發生變化。