[发明专利]一种光调控直流变换器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流场的光控变换器件，属于新型人工电磁器件领域。

背景技术

新型人工电磁材料作为一种新型媒质，具有自然界材料所无法比拟的特性，它的介电常数和磁导率在特定的频段内能够实现人工可调。此外，在变换光学的理论指导下，科研工作者们研发出许多变换器件，而且大多都可以使用新型人工电磁材料来加工制作。但之前关于新型人工电磁材料的研究大部分停留在时谐场，鲜有静电场或者静磁场方面的研究。时谐场的隐身器件工作频带较窄，被隐身物体的尺寸也有限。相比较而言，直流场隐身衣由电阻网络构建而成，极限值的导电率可以轻易实现，隐身区域的灵活度也更高。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种在直流场下，由光照强度调控的光调控变换器件。

技术方案：本发明利用光敏电阻(VT20n1)构成的环形电阻网络来模拟导电媒质，通过调节照射光强度改变径向电阻和切向电阻的阻值，来实现材料电导率的非均匀性和各向异性。

本发明的光调控变换器件，包括隐身区域、设置在所述隐身区域外侧的多层环形电阻网络，所述环形电阻网络由切向电阻连接而成，相邻两层环形电阻网络之间由径向电阻连接，构成同心圆网络结构，所述的同心圆网络结构中设置有光调控区域，所述光调控区域内的切向电阻和径向电阻上均并联有光敏电阻。同一层环形电阻网络中，所有切向电阻阻值相等，所有与该层环形电阻网络连接的径向电阻阻值也相等，径向电阻与切向电阻的阻值不同，不同层的环形电阻网络之间，切向电阻各不相同，各自所连接的径向电阻阻值也不相等。

进一步的，本发明的光调控直流变换器件中，每个所述的光调控区域内，所有切向电阻和径向电阻上并联的光敏电阻阻值均相等。

进一步的，本发明的光调控直流变换器件中，隐身区域由金属板构成。

本发明中，主体结构采用径向电阻和切向电阻相互连接形成环形电阻网络，为实现环形电阻网络与材料的等效，对连续材料进行网格划分，网格基本单元用两种电阻来实现。同心圆网络结构中，各切向电阻和径向电阻的阻值由下式确定：

其中，△ρ与分别为径向上的步长和切向上的步长，σ_ρ与分别为导体媒质板材料径向上的电导率和切向上的电导率，h为设置同心圆网络结构的导体媒质板的厚度，ρ为圆柱坐标系中的径向分量，为非光调控区域的各电阻值。因此，各向异性电导率是可以通过改变径向和切向电阻阻值来实现的。

为了得到可调的直流超材料单元，我们给光调控区域中的原电阻并联上了一个光敏电阻，如图2所示。因此在工作过程中，收到光照的情况下，光调控区域的切向电阻和径向电阻的阻值会发生变化，具体阻值可根据下式计算：

其中，R_l为光敏电阻阻值，大小由光照强度控制。R_ρ与R_φ分别为并联光敏电阻前的径向阻值和切向阻值，R为光调控区域中并联光敏电阻的各电阻在光照下的阻值。当关闭照射灯时，本发明的器件相当于直流隐身衣；当打开照射灯时，器件相当于直流幻觉器件，而且随光照强度变化，原物体的静电特征将发生改变，可以等效为不同导电性质的物体。

本发明在圆环状电阻网络引入了并联光敏电阻，从而构成可调控的新型人工电磁材料单元，不同强度的照射光照射整个电阻网络，获得不同网络性能，实现不同的功能。电阻网络用网络电阻的形式模拟导电媒质，用径向和切向电阻不相等来模拟电导率非均匀和各向异性的材料，这种方法使可调变换器件的设计变得简单直接，更加灵活。本发明器件工作在静电场，不受高频响应的影响。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提供了一种基于直流超材料的多功能变换器件，将变换器件向远程控制的多功能变换器件进行了拓展。

相比于时谐场隐身器件，由于不受频率偏移的影响，其材料的等效电磁参数非常稳定，抗干扰能力强，因此直流场隐身衣效果更好。并且不受频率限制，器件尺寸可以做的很大，隐身区域的设计也就相对灵活。

相比于单一的直流场隐身器件，本发明引入光敏电阻构成全新的人工电磁材料单元实现对器件的调控，不同的条件下该变换器件拥有隐身与幻觉的双重功能。当照射灯处于关闭状态时，为隐身衣；照射灯切换到打开状态时，起幻觉效果。

附图说明

图1(a)是光调控直流变换器件的原理图。当关闭光源时，器件相当于直流场隐身衣；当打开光源时，器件相当于直流场幻觉器件。而当调节照射光强度时，随着光照强度的变化，探测器探测到的虚拟物体的尺寸和材料特性也会发生变化。