CN108207106A - 基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构 - Google Patents

基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构 Download PDF

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Abstract

基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构属于多模探测仪器的抗电磁干扰技术领域，由随机重叠圆环网栅结构作为基础，在重叠圆环网栅上开设有周期阵列分布的圆环孔，周期阵列方式包括正交分布、45°周期分布与60°周期分布三种。重叠圆环网栅基底的随机方式可分别采用随机直径、随机周期与同时随机直径与周期的三种随机方式。随机结构的基底可显著地均化在光学波段产生的高级次衍射能量并增大光学透过率，同时圆环孔阵列结构可实现毫米波波段的稳定单带通，通过改变圆环孔的阵列周期、直径与环形宽度可调整毫米波的带通中心频率及带宽。本发明可应用在高透光率、毫米波带通与低成像质量影响需兼备的探测仪器抗电磁干扰技术领域。

Description

基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构
技术领域
本发明属于多模探测仪器的抗电磁干扰技术领域，特别涉及基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构。
背景技术
随着无线设备的快速发展，空间电磁环境也变得越来越复杂，电磁干扰的屏蔽逐渐成为了诸多领域急需解决的问题，特别是在精密光电测量领域。光电探测仪器存在着严重的电磁干扰问题，来自外界空间的干扰电磁信号很容易透过光电探测仪器的光学窗进入光电仪器，将对信号提取、检测及处理电路产生强烈的电磁干扰影响,甚至导致光电探测器饱和失灵,严重影响了探测仪器的正常工作。综上可见，光电探测仪器的光学窗存在的电磁扰问题函待解决。
光学窗口的电磁屏蔽需要同时满足可见光和红外波段的高透过性以及微波和无线电波段的强电磁屏蔽性能。目前，解决光电探测仪器光学窗电磁干扰问题的措施主要采用ITO透明导电薄膜、频率选择表面技术和金属网栅技术等。为了解决光学窗口的电磁屏蔽问题，诸多不同电磁屏蔽结构被提出。
1.专利CN101950824A“一种毫米波带通金属网栅结构”描述了由方形感性网栅、外谐振圆环和内谐振圆环为周期单元而构成金属网栅结构，该发明可实现毫米波、激光、红外三模复合探测仪器的抗电磁屏蔽功能。
2.专利CN101222839“一种具有双层圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗”描述了一种由两层圆环金属网栅加载于光学窗两侧构成的电磁屏蔽光学窗,解决高透光性和强电磁屏蔽性能不能同时兼顾的问题。
3.专利CN103763907A“基于二维正交分布相切圆环及内切子圆环阵列的电磁屏蔽光窗”描述了由按二维正交分布的基本圆环以及其内切子环构成的金属网栅结构，该结构可实现网栅高级次衍射能量的深度优化。
4.专利CN103763901A“基于三角分布相切圆环及内切子圆环阵列的电磁屏蔽光窗”描述了一种加载于光学窗透明基片表面的含有内切子环结构的金属圆环按等边三角形排列密接构成的网栅阵列，该结构可显著的降低网栅高级次衍射光强分布的不均匀性,对成像影响更小。
5.专利CN104518263A“一种毫米波带通频率选择表面”描述了采用十字环缝隙阵列来实现透射毫米波而反射红外的双工性能。
6.专利CN102723126A“一种基于随机网格的图形化透明导电薄膜”描述了一种导电区域由形状不规则的随机网格构成的透明导电薄膜，优势在于不会产生莫尔条纹。
7.专利CN102902856A“金属网导电薄膜的随机网格设计方法、导电膜及其制作方法”描述了一种由规则图形组成的周期性网格生成不规则多边形组成的随机网格,避免莫尔条纹的产生以及消除透过率差异。
8.专利CN104950365A“一种光学透明频率选择表面结构及制作方法”描述了一种基于随机裂缝掩膜的频率选择表明结构，优势在于可避免因金属线宽增加而降低透光性问题且可实现均化高级次衍射能量的目的。
周期圆环结构的网栅相比于传统的方格网栅衍射能量的均化效果有很大提升，但由于周期结构的固有的周期特性，周期网栅在光学波段的高级次衍射能量仍较为集中，影响了成像质量。在专利7-9中，提出了随机网格的设计方法，生成了随机分布的多边形网格结构，但相比于多边形结构，圆环结构因其自身的对称性，在均化网栅高级次衍射能量方面更具优势。随机重叠圆环网栅因其直径与周期参数的随机化使得其衍射特性能量分布更加均匀，光学衍射特性改善效果更显著。采用金属基底的频率选择表面金属覆盖率较高,导致光学透光率较低,降低了光学探测的成像质量,给光学图像处理、模式识别、目标搜索和跟踪带来困难,影响了光电探测的响应速度和性能。相比于传统的以金属为基底的频率选择表面，以环形金属线构成的重叠圆环网栅大大提高了光学波段的透过率，更利于光学波段的精密探测。
本发明结合了金属网栅与频率选择表面技术提出了基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构，此结构可同时实现毫米波波段与光学波段的多模探测功能，以随机重叠圆环网栅作为基底大大提高了光学波段的透过率，随机重叠圆环网栅结构可有效地均化集中分布的高级次衍射能量。此电磁屏蔽结构可同时实现微波及无线电波段的电磁屏蔽功能。
发明内容
本发明的目的在于提供了基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构，以提高频率选择表面的透过率并改善其高级次衍射能量集中分布的问题，可同时实现毫米波波段的单带通特性与可见光以及红外波段的多模探测。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明结合了金属网栅与频率选择表面技术提出了基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构，从而实现毫米波波段与光学波段的多模探测，与均化高级次衍射能量的目的，同时可保证此电磁屏蔽结构具有高透光性与强电磁屏蔽性能。
基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构，其特征在于该电磁屏蔽结构在随机重叠圆环结构网栅构成的基底上开设有周期阵列排布的毫米波波段的圆环孔。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于毫米波波段圆环孔的周期阵列方式包括正交分布、45°周期阵列分布与60°周期阵列分布三种。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于圆环孔的阵列周期、圆环孔的内径与外径根据毫米波波段的通带中心频率设计。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆环网栅的毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于圆环孔的宽度根据毫米波波段的通带带宽设计。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆环网栅的毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于，基底的随机方法包括如下步骤：
（1）将圆环单元以60°周期阵列排布，相邻圆环间相互交叠；
（2）在每个圆环的圆心位置生成以圆心为中心的大小固定的区域；
（3）在每个圆环中心的固定区域内生成一个随机点，即为随机后的圆心位置；
（4）将每个圆的直径参数2R在初始直径参数2R 0的对称范围[2R 0-ΔR,2R 0+ΔR]内进行随机化。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆环结构基底的毫米波单带通网栅结构设计方法,其特征在于随机基底网栅的周期g与直径2R的比值g/2R大于1。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于网栅的随机方式包括单独随机直径2R、单独随机周期g以及同时随机周期g与直径2R参数。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于随机重叠圆环网栅基底的边界参数设计需保证各周期结构间的电气连接，毫米波圆环孔与随机网栅基底的随机圆环间需保证电气连接。
根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于毫米波大圆环与随机基底小圆环的材料为导电率良好的纯质金属或合金,纯质金属包括金、银、铜、铝。
本发明具有如下新颖性和显著效果：
本发明提出了基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构，相比于采用金属层作为频率选择表面的基底，采用随机重叠圆环网栅结构可提高电磁屏蔽结构的透过率且可有效均化光学波段的高级次衍射能量，改善成像质量。随机重叠圆环结构基底的各圆环单元具有不同的直径与不同的周期，在原理上改善了网栅高级次衍射能量的集中分布问题。随机重叠圆环结构的基底可同时实现高透光率与强电磁屏蔽效率。
本发明提出了基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构，相比于传统的以金属层为基底的频率选择表面，采用随机重叠圆环网栅结构可同时实现毫米波波段与可见光及红外波段的多模探测。通过合理地控制毫米波带通圆环参数与随机重叠圆环基底参数来保证网栅间的电气连接。
附图说明
图1为本发明所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构的重叠圆环基底参数示意图。
图2为本发明所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构的单周期结构示意图，毫米波波段的圆环孔呈正交周期阵列排布。
图3为本发明所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构的单周期结构示意图，毫米波波段的圆环孔呈45°周期阵列排布。
图4为本发明所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构的单周期结构示意图，毫米波波段的圆环孔呈60°周期阵列排布。
图5为本发明所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构在毫米波波段的圆环孔呈60°周期阵列分布时的带通滤波曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。
实施例1：
在本实施例中，毫米波波段圆环孔的内径为1.45mm,外径为1.5mm,圆环孔采用正交周期阵列分布的方式，圆环孔的阵列周期为8mm。随机重叠圆环网栅周期g的随机区域为圆形区域，周期结构重叠圆环网栅的初始参数为周期g 0=400μm，直径2R 0=600μm。网栅的周期g的随机范围设计为35%，直径2R的随机范围设计为35%。在每个圆环单元的圆心位置生成半径为r的圆形区域，此圆形区域与圆环同心，在半径为r的小圆的X轴方向生成一系列均匀分布的点，在X方向随机选取一个点，并在与此x坐标对应的Y方向选取一个y坐标，(x,y)即为圆环随机后圆心位置，周期g的随机范围为[g 0-2r,g 0-2r]。圆环直径在[2R 0-ΔR,2R 0+ΔR]内进行随机。通过调节r的值来改变周期g随机区域的大小，通过调节ΔR的大小来改变直径2R的随机范围。为保证各个周期单元间的电气连接，随机结构网栅基底的边界采用部分非随机结构，将中心区域进行随机化。
实施例2：
在本实施例中，毫米波波段圆环孔的内径为1.45mm,外径为1.5mm,圆环孔采用60°周期阵列分布的方式，圆环孔X方向周期为8.68mm,Y方向周期为15.04mm。随机重叠圆环网栅周期g的随机区域为圆形区域，周期结构重叠圆环网栅的初始参数为周期g 0=400μm，直径2R 0=600μm。网栅的周期g的随机范围设计为35%，直径2R的随机范围设计为35%。在每个圆环单元的圆心位置生成半径为r的圆形区域，此圆形区域与圆环同心，在半径为r的小圆的X轴方向生成一系列均匀分布的点，在X方向随机选取一个点，并在与此x坐标对应的Y方向选取一个y坐标，(x,y)即为圆环随机后的圆心位置，周期g的随机范围为[g 0-2r,g 0-2r]。圆环直径在[2R 0-ΔR,2R 0+ΔR]内进行随机。通过调节r的值来改变周期g随机区域的大小，通过调节ΔR的大小来改变直径2R的随机范围。为保证各个周期单元间的电气连接，随机结构网栅基底的边界采用部分非随机结构，将中心区域进行随机化。

Claims (9)

1.基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构，其特征在于该电磁屏蔽结构在随机重叠圆环结构网栅构成的基底上开设有周期阵列排布的毫米波波段的圆环孔。
2.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于毫米波波段圆环孔的周期阵列方式包括正交分布、45°周期阵列分布与60°周期阵列分布三种。
3.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于圆环孔的阵列周期、圆环孔的内径与外径根据毫米波波段的通带中心频率设计。
4.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于圆环孔的宽度根据毫米波波段的通带带宽设计。
5.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于，基底的随机方法包括如下步骤：
（1）将圆环单元以60°周期阵列排布，相邻圆环间相互交叠；
（2）在每个圆环的圆心位置生成以圆心为中心的大小固定的区域；
（3）在每个圆环中心的固定区域内生成一个随机点，即为随机后的圆心位置；
（4）将每个圆的直径参数2R在初始直径参数2R 0的对称范围[2R 0-ΔR,2R 0+ΔR]内进行随机化。
6.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆环结构基底的毫米波单带通网栅结构设计方法,其特征在于随机基底网栅的周期g与直径2R的比值g/2R大于1。
7.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于网栅的随机方式包括单独随机直径2R、单独随机周期g以及同时随机周期g与直径2R参数。
8.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于随机重叠圆环网栅基底的边界参数设计需保证各周期结构间的电气连接，毫米波圆环孔与随机网栅基底的随机圆环间需保证电气连接。
9.根据权利要求1所述的基于随机重叠圆网栅毫米波/光学多模探测电磁屏蔽结构,其特征在于毫米波大圆环与随机基底小圆环的材料为导电率良好的纯质金属或合金,纯质金属包括金、银、铜、铝。
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