CN103369939A

CN103369939A - 电磁屏蔽光窗

Info

Publication number: CN103369939A
Application number: CN2013102593736A
Authority: CN
Inventors: 张龙; 姜雄伟; 居永凤; 范有余; 袁新强
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2013-10-23

Abstract

一种电磁屏蔽光窗，构成包括光窗的基质材料和金属网栅，其特点在于所述的金属网栅为周期性结构的金属网栅，嵌入在光窗的基质材料内。本发明适用于遥测遥感、医疗诊断、保密通讯、航天航空等电磁屏蔽。

Description

电磁屏蔽光窗

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽，特别是一种内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光窗。

背景技术

随着日益复杂的空间电磁环境，遥测遥感，医疗诊断，保密通讯，航空航天装备等领域的光学窗口存在着严重的电磁干扰问题，不仅有来自宇宙射线，卫星通信，电视广播等外部的电磁波信号对系统内部工作器件产生干扰，还会使得内部的电磁信号泄露到系统外部，对外界产生影响。由于光学窗口对电磁波的通透性，在军事应用上将会成为战机暴露的重要因素之一。随着现代军事要求的提高，要求光学窗口的耐磨性，以及耐热冲击性足够好，使之能够在恶劣环境下保证电磁屏蔽效果。

光学窗口的电磁屏蔽及抗电磁干扰的解决方案主要有透明导电薄膜和金属网栅两种。

透明导电薄膜窗口是在窗口表面沉积一层既能高效透过红外或可见光，又能屏蔽电磁波的透明导电薄膜材料，如氧化铟透明导电膜。其优点是可见光透射率高，缺点是红外透过率低，因此其应用领域局限在可见光频段。

金属网栅窗口是在窗口材料外部制作有周期阵列的导电金属网栅，具有优良的透明导电性能，满足光学窗口的高透过率和宽频段电磁屏蔽的双重要求：金属网栅的周期g远小于干扰电磁波波长，是一种亚波长周期阵列结构，干扰电磁波入射金属网栅时，高阶模衰减为倏逝波，而零级反射波被金属网栅散射到其他方向，避免干扰电磁波进入光窗内部对仪器设备系统的正常工作造成影响；同时金属网栅也屏蔽了光窗内部仪器设备辐射的电磁波，降低了可探测性，达到隐身和电磁屏蔽的功能。另一方面，由于金属网栅周期远大于光窗高透波段的波长，同时金属线宽a也远小于光学波长，对光学系统的影响甚微，所以金属网栅可以保证光学波长的高透过率。因此，金属网栅在光学窗口电磁屏蔽技术领域获得了广泛的应用：

1.专利93242068.0“电磁屏蔽玻璃”在两层玻璃之间夹导电金属网，在玻璃外侧用导电透明膜使之粘合在金属窗框上来形成电磁屏蔽结构。

2.专利200610010066.4“具有圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗”描述了一种具有圆环外形的金属网栅单元，用于实现光学窗的电磁屏蔽功能。

以上都是采用金属网栅作为电磁屏蔽的核心结构，都是采用光刻技术或者普通的粘合技术，使得金属结构附着在光学窗的表面，或者将金属网栅夹在两层光学介质之间来实现的。但是这种在材料表面外部的电磁屏蔽金属网栅在应用于新型战机以及新一代超高音速系统上存在着牢固度，耐磨性等问题；而将金属网栅夹在两层光学介质之间能够解决牢固度，耐磨性问题，但是这样的“三明治”结构会影响光学窗口的透光率，对新型系统的成像带来影响；且这种造价昂贵的金属网栅一旦损坏，则不可修复。

发明内容

本发明的目的在于保证光学窗口透光率的同时，克服现有金属网栅易磨损，易断裂的缺点，提供一种内嵌式具有周期性金属网栅的电磁屏蔽光窗，利用内嵌式的结构来提高金属网栅的耐磨耐热性能，在保证电磁屏蔽效率的同时提高金属网栅的牢固度，耐磨性。

本发明的技术方案如下：

一种电磁屏蔽光窗，构成包括光窗的基质材料和金属网栅，其特点在于所述的金属网栅为周期性结构的金属网栅，嵌入在光窗的基质材料内。

所述的周期性结构为方形、圆形或六边形。

所述的金属网栅的材料为导电率良好金、银、铜或铝。

所述的金属网栅的厚度为1～10μm，金属网栅的线宽大于等于1μm，金属网栅的周期小于电磁屏蔽的电磁波段的最小波长的二分之一。

在所述的金属网栅的表面还有保护层。

本发明具有如下的显著效果：

1.本发明将金属网栅嵌入在光窗的基质材料内，解决了金属网栅在光学窗口表面附着力差的问题，在保证光学窗口电磁屏蔽性能的同时，实现了牢固度高，耐磨性耐热性好的金属网栅，经过苛刻环境测试的对比实验，本发明电磁屏蔽光窗依然完好无损，而其他附着在窗口材料表面的金属网栅已经剥落。

2.本发明中金属网栅的厚度为1～10μm，金属网栅的线宽大于1μm，可以保证金属网栅的导电性能，该金属网栅在表面氧化后可以通过表面加工修复，可保持原有的使用性能，具有可修复性。

3、特别是本发明具有保护层的电磁屏蔽光窗，可以长期使用保持电磁屏蔽性能完好。

附图说明

图1是本发明电磁屏蔽光学窗实施例1部分剖面示意图。

图2是本发明电磁屏蔽光学窗口实施例2剖面示意图。

图3是本发明方形金属网栅的俯视图。

图4是本发明圆形金属网栅的俯视图。

图5是本发明六边形金属网栅的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具有内嵌式金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗口的实施详细说明如下：

先请参阅图1，图1是本发明电磁屏蔽光学窗实施例1部分剖面示意图。由图可见，本发明一种电磁屏蔽光窗，构成是在光窗的基质材料1和金属网栅2，其特征在于所述的金属网栅2为周期性结构的金属网栅，嵌入在光窗的基质材料1内。图中1是光学窗口基底材料，材料可为任意光学材料，只要能满足使用场合要求，同时能够将金属网栅内嵌在其深表面；图中2是金属网栅，金属网栅内嵌在光学窗口材料的深表面。

图2是本发明电磁屏蔽光学窗口实施例2剖面示意图。3是镀在光学窗口表面的保护层，保护层3可以是单层或者多层结构，目的是防止金属网栅的上表面长期暴露在空气中，造成腐蚀和氧化，降低电磁屏蔽效率，但保护层依光学窗口的工作环境需求和金属材质的抗氧化性。

图3是本发明方形金属网栅的俯视图。

图4是本发明圆形金属网栅的俯视图。

图5是本发明六边形金属网栅的俯视图。

实施例1

金属网栅2的形状为方形网格，如图3所示。

金属网栅2的材料为金属铜。

金属网栅2的金属线厚度为5μm。

金属网栅2的金属线宽度为10μm。

金属网栅2的周期为500μm。

金属网栅表面没有保护层。

本实施例对1-18GHz的电磁波屏蔽达到平均～20dB的效果，本实施例的牢固度依次进行了以下测试：用2cm宽剥离强度不小于2.74N/cm胶带纸牢牢粘在金属网栅表面上，垂直迅速拉起后，无脱落现象；金属网栅经受压力9.8N的橡皮摩擦头摩擦100次（50个来回），未出现划痕；金属网栅在温度为35℃的、浓度为5%、pH值为7的氯化钠溶液内浸泡24小时，表面无损坏现象；用挡风屏刮水器，刮头对金属网栅压力为0.196N，对浸入摩擦液（摩擦粉和蒸馏水比例为1:1，摩擦粉的组分为：小于140目的SiO₂92%，小于140目的Fe₂O₃2%，小于140目的Al₂O₃2%，小于140目的TiO₂2%，小于140目的MgO2%）的金属网栅刮60000次（来回30000次），清洁表面后查看金属网栅完好，无剥落现象。

实施例2

金属网栅的结构为圆形如图4所示，且在金属网栅表面有一层保护层3，如图2所示，其余参数同实施例1。金属网栅对1～18GHz雷达波的屏蔽平均约为22dB，牢固度的测试和结果也同实施例1。

实施例3

金属网栅的结构为六边形，如图5所示，其余参数同具体实施例1。金属网栅对1～18GHz雷达波的屏蔽平均约为21dB，牢固度的测试和结果也同实施例1。

实施例4～6

金属网栅的厚度分别是1μm，10μm，其余参数同具体实施例1。雷达波的屏蔽效果、牢固度的测试和结果也同实施例1。

实施例7

金属网栅的线宽为1μm，其余参数同实施例1。金属网栅对1～18GHz雷达波的屏蔽平均为25dB，牢固度的测试和结果也同实施例1。

Claims

1.一种电磁屏蔽光窗，构成是在光窗的基质材料（1）和金属网栅（2），其特征在于所述的金属网栅（2）为周期性结构的金属网栅，嵌入在光窗的基质材料（1）内。

2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽窗口，其特征在于所述的周期性结构为方形、圆形或六边形。

3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽光窗，其特征在于所述的金属网栅的材料为导电率良好金、银、铜或铝。

4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽光窗，其特征在于所述的金属网栅（2）的厚度为1～10μm，金属网栅的线宽大于等于1μm，金属网栅的周期小于电磁屏蔽的电磁波段的最小波长的二分之一。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电磁屏蔽光窗，其特征在于在所述的金属网栅（2）的表面还有保护层（3）。