Отражающая поверхность с акустическим управлением отраженной волной для систем телекоммуникаций Российский патент 2023 года по МПК H01Q3/46 

Настоящее изобретение относится к области радиотехники, в частности к приёмопередающим электронным устройствам, осуществляющим связь с основной антенной формирования волны и отражение этой волны, где угол отражения определяется периодом дифракционной решетки, параметры которой контролируются с помощью акустических волн. Данное изобретение может быть использовано в беспроводных системах связи для приёма и передачи информации в ВЧ и СВЧ диапазоне.

В патенте US4838645A предложена дифракционная решетка для отражения падающей волны в оптическом диапазоне на основе призмы. Однако отражающая способность такой решетки хуже классических дифракционных решеток, кроме того, эта решетка работает в оптическом диапазоне, что не удовлетворяет решаемой задаче.

В патенте EP1191360A2 предложена дифракционная решетка для отражения падающей волны в оптическом диапазоне. Однако подобный дизайн также применим только в оптическом диапазоне и не обладает возможность перестройки, что можно отнести к недостаткам.

В патенте RU2660379C2 управление импедансом отражающей поверхности осуществляется беспроводным способом. В качестве недостатка приведенной системы можно отметить наличие всего двух конфигураций отдельного элемента, а итоговое управление углом отражения осуществляется с помощью перестройки всех элементов. Такой подход, ограничивает гибкость системы. Кроме того, не указана приблизительная скорость перестройки, и как следствие частота, с которой может изменяться фаза отраженной волны. Также такое устройство требует наличия резонансных элементов, каждый из которых требует точной настройки, что можно отнести к недостаткам.

Задачей настоящего изобретения является создание отражающей поверхности с акустическим управлением отраженной волной для систем телекоммуникаций, характеризующейся отсутствием вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники. Поставленная задача и технический результат реализуются следующий образом.

Отражающая поверхность с акустическим управлением для систем телекоммуникаций включает в себя плоскую металлическую мембрану, способную изгибаться в зависимости от частоты управляющей акустической волны, при этом мембрана закреплена с помощью эластичного элемента на основании корпуса и расположена вблизи акустического источника, создающего упругие волны на определённой частоте и управляемого с помощью блока управления, причем поперечные размеры мембраны определяются таким образом, чтобы в ней укладывалось, по меньшей мере, восемь длин падающей радиочастотной электромагнитной волны и десять акустических длин волн на выбранной частоте. В одном из частных случаев реализации мембрана выполнена из фольги микрометровой толщины.

Отражающая поверхность с акустическим управлением отражённой волной для систем телекоммуникации, (i) включающая в себя плоскую металлическую мембрану 1, закреплённую с помощью эластичного элемента 2 на основании корпуса 3, акустический источник 4 для формирования изменяющего период сигнала частоты (f_a), управляемая с помощью блока управления (БУ) 5; и (ii) позволяющая при помощи изменения частоты (f_a) акустической волны осуществлять отражение падающей под углом (α_пад) радиочастотной волны на необходимый угол (α_отр), изменяющийся в диапазоне (Δα_отр). Выбирается целевой радиочастотный частотный поддиапазон, определяющий поперечные размеры отражающей поверхности, таким образом, чтобы поперечные размеры отражающей металлической мембраны составляют 8 длин радиочастотной падающей волны. Кроме того, размеры этой мембраны определяются в зависимости от длины (частоты) акустической волны, такими образом, чтобы на поверхности помещалось 10 длин волн на выбранной частоте. При активации акустического источника форма металлической мембраны принимает форму периодической дифракционной решетки, а при изменении длинны акустической волны, такая решетка изменяет свой период и позволяет осуществлять отражения падающей под углом (α_пад) радиочастотной волны под необходимым углом (α_отр), изменяющемся в диапазоне (Δα_отр).

Принцип работы такой поверхности основывается на отражении радиочастотного сигнала от тонкой плоской металлической мембраны микрометровой толщины, которая соединена через эластичный элемент с основанием корпуса для компенсации изменения поперечных длин мембраны при изменении частоты. Металлическая мембрана возбуждается с помощью акустического источника, создающего упругие волны на определённой частоте. Размер этой металлической мембраны определяется таким образом, чтобы в ней укладывалось не менее 8 длин падающей радиочастотной электромагнитной волны, кроме того, размер металлической мембраны определяется так, чтобы обеспечить стоячую волну вдоль такой мембраны. Итоговое изменение частоты акустической волны приводит к изменению периода такой дифракционной решётки и итоговому изменению угла отражения такой отражающей поверхности в ВЧ и СВЧ диапазоне.

Предложенное конструктивное исполнение отражающей поверхности позволяет при малом весе, простоте изготовления осуществлять отражение падающей волны, при этом изменяя угол отражения этой волны в зависимости от выбранной частоты стоячей акустической, существующей на этой металлической мембране отражающей поверхности. Такая отражающая поверхность обладает схожими характеристиками с существующими отражающими метаповерхностями на основе резонаторов, однако простота изготовления и исполнения дают неоспоримое преимущество перед ними.

Сущность изобретения поясняется фигурами, где на фиг. 1 представлен общий вид отражающей поверхности, включающей в себя: металлическую мембрану 1, закрепленной с помощью эластичного элемента 2 к корпусу 3, акустический источник 4, управляемый с помощью блока управления (БУ) 5, контролирующего частоту акустического сигнала, которая управляет периодом такой дифракционной решетки; на фиг. 2 показана отражающая поверхность в режиме с включенным акустическим источником и отражающая падающая падающую радиочастотную волну с переменным углом зависимым от частоты акустической волны.

На приведенных фигурах приняты следующие обозначения:

1. Металлическая мембрана.

2. Эластичный элемент.

3. Корпус.

4. Акустический источник.

5. Блок управления (БУ).

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1.

Из металлической фольги изготавливается мембрана 1 размером более 8 характерных длин волн падающей радиоволны. При помощи эластичного элемента 2, выполненного например из силиконовой резины, мембрана 1 закрепляется на корпусе 3 вблизи (расстояние много меньше длины волны) акустического источника 4, управляемого при помощи блока управления 5. Акустический источник 4 создаёт упругие поперечные колебания на частоте (f_a) - которая определяется исходя из резонансного соотношения для мембраны (в одномерном случае , где z - целое неотрицательное число, c - скорость звука в среде мембраны) - создающие отражательную дифракционную решётку с периодом . Причем поперечные размеры мембраны, выполненной из фольги микрометровой толщины, определяются таким образом, чтобы в ней укладывалось, по меньшей мере, восемь длин падающей радиочастотной электромагнитной волны и десять акустических длин волн на выбранной частоте. Таким образом, при изменении частоты управляющих колебаний (f_a) отражающая поверхность с акустическим управлением отраженной волной для систем телекоммуникаций осуществляет отражение падающей под углом (α_пад) радиочастотной волны на необходимый угол (α_отр), изменяющийся в диапазоне (Δα_отр).

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к приёмопередающим электронным устройствам отражения радиоволн, в которых угол отражения определяется периодом дифракционной решетки, параметры которой контролируются с помощью акустических волн, и служит для приёма и передачи информации в ВЧ и СВЧ диапазоне. Технический результат – регулировка угла отражения радиочастотной волны в зависимости от выбранной частоты стоячей акустической волны управления отражающей поверхностью. Результат достигается тем, что предложена отражающая поверхность с акустическим управлением отраженной волной для систем телекоммуникаций, включающая в себя плоскую металлическую мембрану, способную изгибаться в зависимости от частоты управляющей акустической волны, при этом мембрана закреплена с помощью эластичного элемента на основании корпуса и расположена вблизи акустического источника, создающего упругие волны на определённой частоте и управляемого с помощью блока управления, причем поперечные размеры мембраны определяются таким образом, чтобы в ней укладывалось по меньшей мере восемь длин падающей радиочастотной электромагнитной волны и десять акустических длин волн на выбранной частоте. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Отражающая поверхность с акустическим управлением отраженной волной для систем телекоммуникаций, включающая в себя плоскую металлическую мембрану, способную изгибаться в зависимости от частоты управляющей акустической волны, при этом мембрана закреплена с помощью эластичного элемента на основании корпуса и расположена вблизи акустического источника, создающего упругие волны на определённой частоте и управляемого с помощью блока управления, причем поперечные размеры мембраны определяются таким образом, чтобы в ней укладывалось по меньшей мере восемь длин падающей радиочастотной электромагнитной волны и десять акустических длин волн на выбранной частоте.

2. Отражающая поверхность по п. 1, в которой мембрана выполнена из фольги микрометровой толщины.