CN109713456B - 一种毫米波背景吸收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波背景吸收装置。该装置主要包括表面有毫米波增透减反膜且设计成直角镜结构（任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔）的蓄水材料和运水、控温系统。蓄水材料作为暗背景墙材料，运水系统定时将水渗透进蓄水材料，使之保持浸润状态，同时控制水的温度在适宜的温度范围内。在蓄水材料表面贴一层折射率介于空气和液态水之间增透减反膜，用以减少液态水表面的反射。蓄水材料表面粗糙度尺寸小于毫米波波长，使未被吸收的反射波不进入系统产生干扰。利用水对毫米波的强吸收和毫米波直角镜结构对反射波原方向移位反射的原理，可使测量背景噪声大幅减少，极大提高测量的信噪比。

Description

一种毫米波背景吸收装置

技术领域

本发明主要涉及一种毫米波背景吸收装置，具体涉及一种利用水对毫米波的强吸收和毫米波直角镜（任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔）原方向移位反射结构的毫米波暗背景墙装置。

背景技术

在主动式毫米波成像系统中，必须把“不需要”的多余毫米波辐射吸收或者散射/反射到探测器以外以减少背景干扰噪声。而传统的吸波材料一般工作在分米或者厘米波段，工作在毫米波段的吸波材料非常昂贵而且性能有限。本发明提出了一种简单可靠的毫米波背景吸收系统，可以有效吸收毫米波辐射以及将表面反射的毫米波辐射原方向移位反射到探测器外。

在所有的材质中，液态水对毫米波的吸收率很高，同时价格也非常低廉。而其他和水吸收率相当或有更高吸收率的材质和结构相对稀少且昂贵。因此利用液态水实现对毫米波的强吸收将是一个不错的选择。

对毫米波的吸收除了考虑材质外，还考虑结构。在某些研究中，研究者所设计的结构对毫米波的吸收系数甚至可以达到99%以上。但是这类毫米波吸收器尺寸很小并且价格非常昂贵。我们需要找到一种低廉的高效的解决方案。

如果利用液态水来设计毫米波吸收装置，首先要考虑的就是水温和其对毫米波吸收系数的关系。根据研究，对液态水而言两者成正相关，也就是液态水的温度越高，其对毫米波的吸收能力越好；然而水的温度越高，其自身辐射的毫米波强度也会越大，要平衡这两者之间的矛盾，必须控制水温在最佳范围内。

尽管水对毫米波的吸收很大，但是也存在一定的界面反射。利用一层折射率介于空气和液态水之间并且从外至内依次增加的增透减反膜，可以有效降低反射系数。当减反层的折射率介于空气和液态水之间时，根据菲涅耳反射定理，可以有效减少液态水表面的反射系数。

然而只要折射率不一致，任何物质的表面都是有一定的反射存在。通过减反层虽然可以减少一部份的反射，但是水的表面总是会有相当的反射存在。可以利用直角镜（任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔）原路移位反射的方法来避免这部分的反射波进入探测器从而造成干扰。首先，直角镜（任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔）尺寸的选择非常重要，过大的尺寸将可能造成反射毫米波移位过大，导致部分反射波进入探测器产生干扰；当然直角镜尺寸也不能过小，必须要避免衍射效应的影响：当直角镜尺寸与毫米波波长相当或者小于毫米波波长的时候，则毫米波将在直角镜上发生衍射从而产生严重的干扰。所以一般根据具体设计需求取5-50个波长。

发明内容

本发明提供了一种利用水对毫米波的强吸收和直角镜结构（任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔）对毫米波的原路移位反射的毫米波暗背景墙装置。用以解决毫米波源照射的背景反射干扰的技术问题。

本发明利用在蓄水材料表面横纵方向做成紧挨的大小一致的凹陷金字塔型结构，任意两个面夹角均为90度（如图1所示），材料的表面粗糙度要小于毫米波的波长，以便对毫米波形成镜面反射，将背景墙界面反射的毫米波按照原方向移位反射回去。通过在材料表面贴上毫米波增透减反膜来促进对毫米波的吸收，当膜层的折射率介于空气和液态水之间并且从外至内依次增加时，可以有效减少液态水表面的反射系数。而透射进入的毫米波将被液态水层几乎完全吸收。通过装置的运水系统，来保证蓄水材料的浸润；通过控温系统，控制水温在最佳范围内。此时，背景墙的毫米波背景强度可降得很低。

与现有的毫米波吸收技术相比，使用微波吸收材料由于波段不对应，吸收效果不好；而要制作在毫米波段的吸波材料，费用非常高昂。目前报导的国内外研究的毫米波吸收器件虽然在吸收率上可以超过99%，但是器件尺寸小、工艺复杂而且成本非常高。而本发明通过控制最佳水温，达到液态水对毫米波的最佳吸收；同时，利用毫米波增透减反膜减少毫米波的反射。并且，使用直角镜（任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔）结构对液面反射的毫米波进行可控的原方向移位反射。对毫米波的吸收和对反射波原路移位反射使得该装置背景辐射水平降到足够低。

附图说明：

图1是蓄水材料的设计示意图，标注序号含义如下：

1——蓄水材料主体；

2——蓄水材料内部布满微型蓄水结构；

3——表面设计成任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔结构；

4——蓄水材料的其中一个构成单元；

5——凹陷金字塔顶角为90度；

6——凹陷金字塔塔面贴有毫米波增透减反膜，任意两个面夹角均为90度；

图2是直角镜结构对毫米波的原路移位反射光路示意图；

图3是毫米波增透减反膜层的结构及参数关系示意图；

图4是毫米波暗背景墙装置的整体设计示例图。

Claims (3)

1.一种毫米波背景吸收装置，其特征在于：包括蓄水材料和运水系统;其中采用蓄水材料作为暗背景墙材料，运水系统定时将水渗透进蓄水材料，使蓄水材料始终处于浸润状态；蓄水材料表面贴有折射率介于空气和液态水之间并且从外至内依次增加的毫米波增透减反膜，以减少水对毫米波的反射，为了不让未被吸收的反射波进入系统产生干扰，要求暗背景墙蓄水材料表面粗糙度尺寸小于毫米波波长，满足镜面反射条件，蓄水材料设计为任意两个面夹角均为90度的凹陷金字塔的直角镜结构，以利用直角镜对电磁波原路移位反射的原理，使反射波原路移位反射回去;还包括控温系统，通过所述控温系统控制水的温度。

2.根据权利要求1所述的毫米波背景吸收装置，其特征在于，控制水的温度在最佳的温度范围，可通过直接控制水温，或通过控制墙体背板温度来间接控制墙体水层的温度。

3.根据权利要求1所述的毫米波背景吸收装置，其特征在于，蓄水材料的表面尺寸粗糙度应小于毫米波波长，使其表面对毫米波形成镜面反射；材料表面做成紧挨的大小一致的凹陷金字塔结构，其任意两个面之间构成的角度均为90度；各面的底边边长一般控制在毫米波的波长的5-50倍之间，一方面要保证尺寸远大于毫米波的波长，从而避免衍射效应；另一方面又要使反射的毫米波移位尽可能小，减少对系统的干扰。

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