一种超材料空间调制器制造技术

本发明专利技术涉及一种超材料空间调制器，所述超材料空间调制器包括基材以及设置在基材上的多个金属微结构，每一金属微结构上都设置有一半导体元件，所有的半导体元件与一个电压源电连接，所述电压源能够产生模拟电压信号，并将模拟电压信号加载到每个半导体元件上。根据本发明专利技术的超材料空间调制器，调制后不需要再进行功率放大，可以降低非线性失真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电磁波调制的装置，具体地涉及一种超材料空间调制器。
技术介绍
近年来，全球通信技术的发展日新月异，尤其是无线通信技术的发展速度与应用领域已经超过了固定通信技术，呈现出如火如荼的态势，其中最具代表性的是蜂窝移动通信和宽带无线接入。无线通信系统中的发射机就是可以将信号按一定频率发射到空间中的装置。目前普遍采用的原理是将所要传输的数据调制到一定频率的载波上，然后再经功率放大器放大，最后由天线发射出去。功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，它一般用于发射 机的末级，作用是将已调信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。功率放大器由非线性晶体管集成，由晶体管的物理特性可知，当晶体管工作在非截止区附近或饱和区时，输出信号将被限幅，从而产生了非线性失真。非线性失真不仅会造成有用信号的损失，使信号质量降低，同时会引入干扰信号，直接导致功放输出功率和效率的较低。所以设计无线发射系统很重要的一点就是降低系统的非线性失真。目前，国内外都是通过改善功率放大器的内部设计来降低非线性干扰，并不能从根本上解决问题。特别是发射器中经过调制后的信号需要二次放大，放大后的带宽信号中存在的严重非线性失真成分，即载波信号与原数据信号产生的谐波成分和交调成分。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有的无线通信系统中的发射器调制后的信号非线性失真严重的问题，提供一种能够有效降低非线性失真的超材料空间调制器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是所述超材料空间调制器包括基材以及设置在基材上的多个金属微结构，每一金属微结构上都设置有一半导体元件，所有的半导体元件与一个电压源电连接，所述电压源能够产生模拟电压信号，并将模拟电压信号加载到每个半导体元件上。进一步地，由载波发生器产生的外部的载波通过功率放大器放大后由发射天线向超材料空间调制器发射。进一步地，所述载波发生器为微波锁相源。进一步地，所述电压源为数模转换器，其将数字信号转换为模拟电压信号，所述数模转换器通过导线与每个金属微结构上的半导体元件电连接，以将模拟电压信号加载到每个半导体元件上。 进一步地，所述半导体元件为电阻、电感或电容。进一步地，所述半导体元件贴附在金属微结构上。进一步地，所述半导体元件为贴附在金属微结构上的贴片式可变电容。进一步地，所述金属微结构为通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在片状基板上的具有特定图案的金属线。进一步地，所述金属微结构为单开口矩形环，所述半导体元件贴附在所述单开口矩形环的开口处并连接开口的两端。进一步地，所述金属线为铜线或银线。进一步地，所述基材由多个片状基板堆叠形成，每个片状基板上均附着有多个金属微结构。进一步地，所述片状基板由陶瓷材料、环氧树脂或聚四氟乙烯制得。进一步地，所述载波与模拟电压信号在未进入超材料空间调制器之前是分离的。 根据本专利技术的超材料空间调制器，金属微结构上设置有半导体元件，电压源产生的模拟电压信号加载到半导体上时，影响到了金属微结构上的半导体元件的电子特性(如电阻值、电感值和电容值一种或者其组合)，从而导致了金属微结构的电磁相应特性变化，进而改变了超材料的电磁参数特性。因此，通过改变超材料电磁参数而改变空间中穿过超材料的电磁波(载波)，我们就可以将模拟电压中的传输信息调制到高频的载波中，实现电磁波的空间调制。相比于现有的调制，不需要二次放大，可以降低非线性失真。另外所述载波与模拟电压信号在未进入超材料空间调制器之前是分离的，控制更加灵活。附图说明图I是本专利技术超材料空间调制器的调制流程示意图；图2是本专利技术超材料空间调制器一种实施例的调制具体流程图；图3是本专利技术超材料空间调制器的结构示意图；图4所示为本专利技术中一个实施例中金属微结构与半导体元件的连接示意图；图5为本采用图4所示金属微结构的超材料空间调制器的结构示意图。具体实施例方式“超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。“超材料重要的三个重要特征(I) “超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；(2) “超材料具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；(3) “超材料性质由构成材料的本征性质及其中的人造微结构共同决定。本专利技术利用超材料来构建一种超材料空间调制器。具体如下如图I至图5所示，根据本专利技术的超材料空间调制器100，包括基材I以及设置在基材I上的多个金属微结构2，每一金属微结构2上都设置有一半导体元件3，所有的半导体元件3与一个电压源30电连接，所述电压源30能够产生模拟电压信号，并将模拟电压信号加载到每个半导体元件3上。模拟电压信号加载到每个金属微结构2和半导体元件3后，影响到了金属微结构上的半导体元件3的电子特性(如电阻值、电感值和电容值一种或者其组合)，从而导致了金属微结构的电磁相应特性变化，进而改变了超材料的电磁参数特性。从而每个金属微结构2自身的响应频率会发生改变，从而可以改变通过超材料空间调制器100的载波的频率，从而将模拟电压信号调制到载波上。通过超材料空间调制器后的电磁波将带有数据信号(模拟电压信号是一种数据信号)。每个金属微结构2在模拟电压信号加载到其上时，会改变其电磁参数(介电常数及磁导率)，电磁参数的改变(此处为介电常数)我们可以认为是改变了其等效电容，电容的改变必然会引起金属微结构自身响应频率的改变，金属微结构自身响应频率的改变则会影响通过其的载波的频率，载波的频率为一个矢量，其包括幅度和相位，因此实际上是完成了调幅与调相，从而将模拟电压信号中的加载到载波上。另外，调幅和调相相组合可以实现任意调制。图3所示，左边的带箭头的线表示入射的载波(未调制前)，右边带箭头的线表示调制后的电磁波。如图2所示，本实施例中，所述载波由载波发生器200产生，并通过功率放大器300放大后，由发射天线400向超材料空间调制器100发射，使得闻频的载波进入超材料空间调制器100。本实施例中，所述载波发生器200为微波锁相源。微波锁相源具有噪声电平低，功率大，频率稳定度高，以及调协简单，易于产生宽带调频信号等优点。通过合理设计锁相环路参数，可以有效地抑制参考频率源和VCO的噪声，获得低噪声输出。本实施例中，所述电压源30为数模转换器500，其将数字信号转换为模拟电压信号。所述数模转换器500通过导线与每个金属微结构上的半导体元件3电连接，以将模拟电压信号加载到每个金属微结构2上的半导体元件3上。此处的数字信号可以来自于数据处理装置600，例如FPGA、ASIC专用数字芯片或DSP芯片。而数字信号预先可以编码(通过数据处理装置600完成)，例如信道编码、信源编码及加密处理。而没有经过编码的原始信号(数据流)则是通过各种数据接口 700获得。例如，通讯业务数据流接口可以获得语音信息通讯业务、数据通讯业务、短信息通讯业务及数字广播通讯业务等；传感网络数据接口则可以获得传感网络节点自身的传感器数据或者是节点与节点、节点与网关间的通信数据。本专利技术中的所述半导体元件3可以贴附在金属微结构2上，也可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超材料空间调制器，其特征在于，所述超材料空间调制器包括基材以及设置在基材上的多个金属微结构，每一金属微结构上都设置有一半导体元件，所有的半导体元件与一个电压源电连接，所述电压源能够产生模拟电压信号，并将模拟电压信号加载到每个半导体元件上。2.根据权利要求I所述的超材料空间调制器，其特征在于，由载波发生器产生的外部的载波通过功率放大器放大后由发射天线向超材料空间调制器发射。3.根据权利要求2所述的超材料空间调制器，其特征在于，所述载波发生器为微波锁相源。4.根据权利要求I所述的超材料空间调制器，其特征在于，所述电压源为数模转换器，其将数字信号转换为模拟电压信号，所述数模转换器通过导线与每个金属微结构上的半导体元件电连接，以将模拟电压信号加载到每个半导体元件上。5.根据权利要求I至4任意一项所述的超材料空间调制器，其特征在于，所述半导体元件为电阻、电感或电容。6.根据权利要求I至4任意一项所述的超材料空间调制器，其特征在于，所述半导体元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，徐冠雄，张洋洋，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：