Микроэлектронный модуль, матрица модулей и способ изменения электромагнитной сигнатуры поверхности
MICROELECTRONIC MODULE, MODULE MATRIX AND METHOD OF CHANGING ELECTROMAGNETIC SIGNATURE OF SURFACE

Различные формы осуществления изобретения в общем касаются микроэлектронного модуля, матрицы модулей и способа изменения электромагнитной сигнатуры поверхности.
Развитие современных транспортных средств, например современных самолетов, имеет тенденцию к все большему уменьшению вероятности обнаружения, например, вражеским радаром. Для примера, это достигается так называемой технологией малой заметности "стеле". В этом случае, в частности, геометрическая форма транспортного средства, такого как, например, корабль, наземное транспортное средство или самолет, оптимизируется в том смысле, что транспортное средство, например, на экране вражеского радара кажется значительно меньшим или представляется в другой позиции либо с запаздыванием. Однако такие меры геометрической оптимизации имеют недостаток, например, то, что часто они действуют только пассивно и не приспосабливаемы к соответствующей ситуации.
Принимая это за исходную точку, целью данного изобретения является предложить устройство, которое избегает недостатков, упомянутых выше.
Эта цель достигается устройством, имеющим признаки по п. 1, и способом, имеющим признаки по п. 15. Примеры осуществления представлены в зависимых пунктах. Следует указать, что особенности примеров осуществления устройств применимы также к формам осуществления способа, и наоборот.
Описывается микроэлектронный модуль для изменения электромагнитной сигнатуры поверхности. Микроэлектронный модуль содержит по меньшей мере один преобразователь напряжения для преобразования первого подаваемого напряжения в более высокое, низкое или такое же второе напряжение. Кроме того, микроэлектронный модуль содержит по меньшей мере один возбудитель. Возбудитель содержит по меньшей мере один генератор, чтобы генерировать электрическую плазму с помощью второго напряжения, подаваемого преобразователем напряжения. По меньшей мере преобразователь напряжения и возбудитель размещаются на тонкопленочной планарной подложке. Электрическая плазма, генерируемая возбудителем, взаимодействует с электромагнитным излучением, падающим на поверхность, в результате чего электромагнитная сигнатура изменяется.
Изобретение основано на концепции изменения электромагнитной сигнатуры поверхности путем генерации электрической плазмы, которая взаимодействует с электромагнитным излучением, падающим на поверхность. В этом случае электрическая плазма может генерироваться в зависимости от электромагнитного излучения, падающего на поверхность, и таким образом электромагнитная сигнатура поверхности может изменяться. Электромагнитная сигнатура, излучаемая поверхностью, в результате взаимодействия с электрической плазмой предпочтительно изменяется относительно электромагнитной сигнатуры, отражаемой назад без того, чтобы подвергаться влиянию, то есть в результате, например, эффективная площадь отражения транспортного средства, кажется измененной, предпочтительно уменьшенной, например, на радарном экране. Следовательно, например, электромагнитная сигнатура может активно приспосабливаться к соответствующей ситуации.
Название "возбудитель" может пониматься как устройство любого типа, которое пригодно для преобразования электрического сигнала в некоторую другую физическую переменную.
Название "преобразователь напряжения" может пониматься как любой электрический элемент, который способен преобразовывать входное напряжение в более высокое, низкое или такое же выходное напряжение. Для случая, когда входное напряжение соответствует выходному напряжению, электрический элемент может также состоять только из электрического соединительного элемента.
В соответствии с одной предпочтительной формой осуществления, кроме того, микроэлектронный модуль содержит по меньшей мере одно устройство обнаружения. Устройство обнаружения содержит по меньшей мере один датчик для обнаружения электромагнитного излучения, падающего на поверхность. Датчик может быть подходящим, например, для обнаружения электромагнитного взаимодействия падающих на него фотонов с электронами или атомными ядрами вещества детектора датчика.
В соответствии с другой предпочтительной формой осуществления, кроме того, микроэлектронный модуль содержит блок управления. Блок управления сконфигурирован для управления генерацией электрической плазмы в зависимости от сигнала от устройства обнаружения, приемника, управляющих команд передающего и/или управляющего элемента более высокого уровня, и/или информации по меньшей мере от одного дополнительного обычного датчика, антенны и/или управляющих команд передающего и/или управляющего элемента более высокого уровня. Приемник сконфигурирован для приема внешних данных, содержащих информацию об обнаружении электромагнитного излучения, падающего на поверхность. Таким образом микроэлектронный модуль для изменения электромагнитной сигнатуры поверхности может управляться целенаправленным образом в соответствии с обнаруженным электромагнитным излучением.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления кроме того возбудитель сконфигурирован для обнаружения электромагнитного излучения, падающего на поверхность. В качестве альтернативы внешним датчикам сам возбудитель также может быть способен обнаруживать электромагнитное излучение, падающее на поверхность. Это имеет то преимущество, что никакие дополнительные детекторы или датчики не требуются, или обнаружение может быть улучшено путем комбинации с дополнительными детекторами или датчиками.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления электрическая плазма генерируется в зависимости от обнаруженного электромагнитного излучения и/или принимаемых данных об электромагнитном излучении, падающем на поверхность. Электрическая плазма генерируется способом, зависящим от обнаруженного электромагнитного излучения и/или принимаемых данных об электромагнитном излучении, падающем на поверхность. Это имеет то преимущество, что генерация электрической плазмы может быть приспособлена к требованиям.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления электромагнитная сигнатура поверхности изменяется с помощью поглощения и/или отражения внешней волны электромагнитного излучения. Посредством уменьшения обратного рассеяния электромагнитного излучения и/или демпфирования поверхностной волны электромагнитного излучения можно изменять, например, поглощение и/или отражение электромагнитного излучения. Альтернативно, электромагнитная сигнатура поверхности может изменяться также, например, комбинацией вышеописанного поглощения и/или отражения, например, с обычным покрытием из материала, поглощающего радиолокационное излучение, (Radar-Absorbing Material, RAM), или других поглощающих радиолокационное излучение материалов либо еще инфракрасного камуфляжа. Это имеет то преимущество, что, например, свойства поглощения радиолокационного излучения покрытием RAM могут быть улучшены.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления частотно-избирательная поверхность формируется при помощи по меньшей мере одного возбудителя. Посредством управления по меньшей мере одним возбудителем распределенные или периодические проводящие плазменные структуры могут генерироваться предпочтительно на, в или ниже поверхности. Генерируемая плазма предпочтительно имеет определенную полосу частот. Ширина и/или центральная частота полосы частот предпочтительно могут управляться прикладываемым магнитным полем. Предпочтительно, активный метаматериал формируется посредством воздействия генерируемой плазмы. Активный метаматериал пригоден для использования, например, в качестве полосового фильтра, заграждающего фильтра, фильтра верхних частот, фильтра нижних частот или их комбинации, чтобы изменять электромагнитные волны. Это имеет то преимущество, что электромагнитное излучение может изменяться целенаправленным способом, чтобы таким образом, например, фальсифицировать радиолокационное изображение.
В соответствии с одной предпочтительной формой осуществления тонкопленочная планарная подложка является гибкой и/или многомерно деформируемой пленкой или кристаллической решеткой. В качестве примера, кристаллическая решетка может иметь гибкую и/или многомерно деформируемую структуру кристаллической решетки. Тонкопленочная планарная подложка может альтернативно также состоять из сопоставимого материала, который подходит, чтобы позволить компонентам модуля применяться, вводиться или монтироваться на нем, и который является как можно более тонким и достаточно стабильным. В качестве примера, подложка может быть выполнена в виде ткани, структуры кристаллической решетки или композитного материала. Это имеет то преимущество, что модуль может выполняться малым с точки зрения его геометрических размеров, обеспечивается достаточная стабильность для установки, например, с помощью клеевого соединения, модуля на поверхность, например, постоянно или обратимо.
В соответствии с одной предпочтительной формой осуществления модуль содержит множество возбудителей. Множество возбудителей предпочтительно имеет различную и/или одинаковую ориентацию. Это имеет то преимущество, что электромагнитное излучение, падающее на модуль с различных направлений, например, может быть изменено целенаправленным образом.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления модуль содержит по меньшей мере один коммутирующий элемент для включения и/или выключения модуля и/или по меньшей мере одного из множества возбудителей. Это имеет то преимущество, что один отдельный модуль сам, или один модуль или два или более модулей из множества модулей могут включаться и/или выключаться целенаправленным образом.
Название "коммутирующий элемент" может пониматься как устройство любого типа, которое является подходящим для изменения соединение от отсоединенного состояния до подсоединенного состояния. Это может пониматься также как соединение, которое является разомкнутым на одном конце и которое может замыкаться постоянно или обратимо, например, подключением модуля, например, к электронному блоку для управления.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления, антенна, которая является свободно определимой на поверхности, или антенная решетка для адаптации усиления, поляризации и направления приема антенны может быть сформирована возбудителями.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления антенна или антенная решетка пригодны для использования в качестве передающей и/или приемной антенны для электромагнитного излучения. Это имеет то преимущество, что антенна или антенная решетка, в случае необходимости, может использоваться для передачи и/или приема данных. Это имеет то преимущество, что модуль пригоден для использования также как приемная и/или передающая антенна.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления передающая и/или приемная антенна может быть присоединена к внешнему передатчику и/или приемнику посредством устройства ввода и/или вывода. Это имеет то преимущество, что антенна или антенная решетка, которая может быть воплощена, например, как передающая и/или приемная антенна, могут присоединяться к внешнему передатчику и/или приемнику. В результате, например, данные могут передаваться внешним передатчиком через антенну, воплощенную как передающая антенна или антенная решетка, и/или данные могут приниматься внешним приемником через антенну, воплощенную как приемная антенна или антенная решетка.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления преобразователь напряжения, коммутирующий элемент, возбудитель, устройством обнаружения, датчик, приемник, передатчик и/или управляющий элемент воплощен(-ы) как структура микроэлектромеханической системы (MicroElectroMechanical System, MEMS). Альтернативно, преобразователь напряжения, коммутирующий элемент, возбудитель, устройство обнаружения, датчик, приемник, передатчик и/или управляющий элемент могут быть воплощены также как наноэлектромеханическая система. Далее выгодные компоненты модуля, в такой степени, насколько это выгодно и применимо, могут также быть воплощены, например, как структура MEMS или как наноэлектромеханическая система. Это имеет то преимущество, что модуль и его компоненты могут выполняться очень малыми с точки зрения размеров. Например, пространство, необходимое для модуля, таким образом может быть уменьшено до минимума.
Кроме того, описывается матрица модулей, содержащая множество описанных выше микроэлектронных модулей. На основании размещения множества модулей в матрице изменение электромагнитной сигнатуры поверхности может быть усилено и/или использоваться с целенаправленной ориентацией.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления возможно также расположение множества микроэлектронных модулей на общей тонкопленочной планарной подложке. Это имеет то преимущество, что, например, установка модуля на поверхности может быть облегчена или ускорена, в результате чего затраты на монтаж могут быть уменьшены.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления возбудители множества модулей являются управляемыми с разнесением во времени и/или сдвигом по фазе. Интенсивность может подвергаться влиянию, например, с помощью использования явления интерференции. Управление возбудителями с разнесением во времени и/или сдвигом по фазе позволяет использовать явления интерференции при генерации электрической плазмы целенаправленным образом.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления матрица модулей содержит один или множество коммутирующих элементов, сконфигурированных для включения и/или выключения одного или множества возбудителей матрицы модулей. Это имеет то преимущество, что матрица модулей может управляться индивидуально, и геометрические размеры могут сохраняться малыми в зависимости от применения.
Кроме того, описывается размещение по меньшей мере одного вышеописанного микроэлектронного модуля или по меньшей мере одной вышеописанной матрицы модулей на и/или в поверхности транспортного средства.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления поверхность имеет покрытие, которое по меньшей мере частично поглощает электромагнитное излучение, падающее на поверхность. Покрытие может состоять, например, из материала RAM.
В соответствии с еще одной предпочтительной формой осуществления транспортное средство представляет собой самолет, судно или наземное транспортное средство. На основании размещения по меньшей мере одного модуля или по меньшей мере одной матрицы модулей электромагнитная сигнатура может быть изменена так, что, например, электромагнитная сигнатура может быть уменьшена, и в результате радиолокационное изображение транспортного средства может быть фальсифицировано.
Кроме того, описывается способ для изменения электромагнитной сигнатуры поверхности, использующий по меньшей мере один вышеописанный микроэлектронный модуль или по меньшей мере одну вышеописанную матрицу модулей. Способ включает шаг преобразование первого подаваемого напряжения в более высокое, низкое или такое же второе напряжение. Кроме того, способ включает шаг обнаружения электромагнитного излучения. Способ кроме того включает шаг генерации электрической плазмы с помощью второго напряжения. Кроме того, способ включает шаг изменения электромагнитной сигнатуры поверхности посредством взаимодействия генерируемой электрической плазмы с электромагнитным излучением, падающим на поверхность.
На чертежах, в общем, идентичные ссылочные позиции относятся к одинаковым частям на всех различных видах. Чертежи не обязательно выполнены с соблюдением масштаба; вместо этого, как правило, большее значение придается объяснению принципов изобретения. В нижеследующем описании различные формы осуществления изобретения описываются со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
На фиг. 1 показана первая форма осуществления микроэлектронного модуля.
На фиг. 2 показана матрица модулей, содержащая множество микроэлектронных модулей.
На фиг. 3 показано размещение множества микроэлектронных модулей на поверхности самолета.
На фиг. 4 показана блок-схема способа изменения электромагнитной сигнатуры поверхности.
Следующее подробное описание ссылается на прилагаемые чертежи, на которых с целью объяснения показаны конкретные детали и формы осуществления, в которых изобретение может применяться на практике.
Формулировка "приводимый в качестве примера" используется здесь со значением "служение в качестве примера, случая или иллюстрации". Любая форма осуществления изобретения или конфигурация, описанная здесь как "приводимая в качестве примера" не обязательно должна интерпретироваться как предпочтительная или выгодная в отношении других форм осуществления или конфигураций.
В приведенном ниже подробном описании делаются ссылки на прилагаемые чертежи, которые образуют часть этого описания и показаны для целей иллюстрации определенных форм осуществления, в которых может быть реализовано изобретение. В этом отношении терминология направлений, таких как, например, "наверху", "внизу", "впереди", "сзади", "передняя сторона", "задняя сторона" и т.д., используется относительно ориентации описанной фигуры (фигур). Так как компоненты форм осуществления изобретения могут быть позиционированы в ряде различных ориентаций, терминология направления служит для иллюстрации и в любом случае не является ограничивающей. Само собой разумеется, что могут использоваться другие формы осуществления изобретения, и структурные или логические изменения могут быть сделаны без отступления от пределов охраны данного изобретения. Само собой разумеется, что особенности различных примеров осуществления, описанных здесь, могут комбинироваться друг с другом, если специально не указано иное. Поэтому следующее подробное описание не должно интерпретироваться в ограничительном смысле и объем охраны данного изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
В контексте данного описания термины "соединяющий" и "связанный" используется для описания как прямого, так и косвенного соединения и прямой или косвенной связи. На фигурах идентичные или аналогичные элементы снабжаются идентичными ссылочными позициями, если это целесообразно.
В способах, описанных здесь, шаги могут выполняться фактически в любом произвольном порядке, не отступая от принципов изобретения, если временная или функциональная последовательность не представлена явно. Если в формуле изобретения изложено, что сначала выполняется один шаг, а затем последовательно выполняется множество других шагов, то следует понимать, что первый шаг выполняется перед всеми другими шагами, но другие шаги могут выполняться в любом произвольном подходящем порядке, если последовательность не описана в других шагах. Части формулы изобретения, в которых представлены, например, "шаг А, шаг В, шаг С шаг D и шаг Е", следует понимать как подразумевающие, что шаг А выполняется первым, шаг Е выполняется последним, а шаги В, С и D могут выполняться в любом произвольном порядке между шагами А и Е, и что последовательность находится в сформулированных пределах охраны заявленного способа. Кроме того, указанные шаги могут выполняться одновременно, если явная формулировка в формуле изобретения не определяет, что упомянутые шаги должны выполняться по отдельности. Для примера, шаг для выполнения X в формуле изобретения и шаг для выполнения Y в формуле изобретения могут выполняться одновременно в пределах единственной процедуры, и результирующий процесс находится в сформулированных пределах охраны заявленного способа.
На фиг. 1 показана первая форма осуществления микроэлектронного модуля 100. Микроэлектронный модуль 100 для изменения электромагнитной сигнатуры поверхности в показанной форме осуществления имеет преобразователь 101 напряжения. Преобразователь 101 напряжения служит для преобразования первого подаваемого напряжения V1 в более высокое, низкое или такое же второе напряжение V2. Кроме того, в показанной форме осуществления микроэлектронный модуль 100 содержит возбудитель 102. В показанной форме осуществления возбудитель 102 содержит генератор 103, чтобы генерировать электрическую плазму с помощью второго напряжения V2, подаваемого преобразователем 101 напряжения. Преобразователь 101 напряжения и возбудитель 102 размещается на тонкопленочной планарной подложке 104. Тонкопленочная планарная подложка 104 является, например, пленкой. Электрическая плазма, генерируемая возбудителем 102, взаимодействует с электромагнитным излучением, падающим на поверхность. В этом случае электромагнитная сигнатура электромагнитного излучения, падающего на поверхность, изменяется, предпочтительно уменьшается, посредством электрической плазмы. Преобразователь 101 напряжения электрически соединен с возбудителем 102.
В соответствии с дальнейшей формой осуществления изобретения (не показанной) микроэлектронный модуль 100 может содержать также больше чем один преобразователь 101 напряжения, причем множество преобразователей напряжения также могут быть электрически связаны друг с другом и могут, например, в результате взаимодействовать. Микроэлектронный модуль 100 может содержать также множество возбудителей 102, причем каждый возбудитель 102 может включать, например, один или множество генераторов 103, чтобы генерировать электрическую плазму. Кроме того, микроэлектронный модуль 100 в соответствии с еще одной формой осуществления изобретения, которая не показана, может содержать устройство обнаружения для обнаружения электромагнитного излучения, падающего на поверхность, и/или блок управления, сконфигурированный для управления генерацией электрической плазмы в зависимости от сигнала от устройства обнаружения, приемника, сконфигурированного для приема внешних данных, содержащих информацию об обнаружении электромагнитного излучения, падающего на поверхность, управляющих команд передающего и/или управляющего элемента более высокого уровня, и/или информации по меньшей мере от одного дополнительного обычного датчика, антенны и/или системы управления или регулирования.
На фиг. 2 показана матрица 200 модулей, содержащая множество микроэлектронных модулей 201. Каждый из микроэлектронных модулей 201 содержит преобразователь напряжения 202 и возбудитель 203, содержащий генератор 204 на тонкопленочной планарной подложке 205. Хотя каждый из показанных модулей 201 может содержать выделенный коммутирующий элемент 204, в соответствии с альтернативной формой осуществления изобретения (не показанной), коммутирующий элемент 204 может предусматриваться также для двух или более модулей 201. Микроэлектронные модули 201 матрицы 200 модулей электрически связаны между собой (не показано).
На фиг. 3 показано размещение 300 множества микроэлектронных модулей 301 на нижней стороне самолета 302. На нижней стороне крыльев 303, 304 самолета 302 в показанной форме осуществления изобретения множество микроэлектронных модулей 301 размещается фактически по всей области для изменения электромагнитной сигнатуры поверхности самолета.
В еще одной форме осуществления изобретения (не показанной) микроэлектронные модули 301 могут предусматриваться также на всей поверхности самолета, как на нижней стороне, так и на верхней стороне.
На фиг. 4 показана блок-схема 400 способа изменения электромагнитной сигнатуры поверхности с использованием по меньшей мере одного микроэлектронного модуля или по меньшей мере одной матрицы модулей. На шаге 401 первое подаваемое напряжение преобразуется в более высокое, низкое или такое же второе напряжение. На шаге 402 обнаруживается электромагнитное излучение. На шаге 403 с помощью второго напряжения генерируется электрическая плазма. Кроме того, на шаге 404 электромагнитная сигнатура поверхности изменяется посредством взаимодействия генерируемой электрической плазмы с электромагнитным излучением, падающим на поверхность.
Хотя изобретение было показано и описано, прежде всего, со ссылкой на конкретные формы его осуществления, знакомым с данной областью техники должно быть понятно, что в него могут быть внесены многочисленные изменения в отношении конфигурации и деталей без отступления от его сущности и объема, которые определяются прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, и намерение состоит в том, чтобы при этом охватить все модификации, которые подходят в буквальном смысле или подпадают под диапазон эквивалентности формулы изобретения.
Список ссылочных позиций
100, 201, 301
модуль
101, 202
преобразователь напряжения
102, 203
возбудитель
103, 204
генератор
104, 205
подложка
200
матрица модулей
300
самолет
303, 304
крыло
400
блок-схема
401-404
шаги способа
V1
первое напряжение
V2
второе напряжение.