CN112103661A - 透明柔性宽带微波低散射结构及透明柔性蒙皮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明柔性宽带微波低散射结构及柔性蒙皮，低散射结构包括上部导电结构层、介质层和下部导电结构层，上部导电结构层包括多个导电结构单元和上部衬底，多个导电结构单元周期性排布在上部衬底上，上部衬底为柔性有机物；下部导电结构层包括导电氧化物层和下部衬底，导电氧化物层附着在下部衬底上，下部衬底为柔性有机物；介质层设置在上部导电结构层和下部导电结构层之间，通过控制介质层的厚度来调节两者之间的耦合效应，给回波提供预设角度的反射相位，实现回波与入射波干涉相消；本公开的各结构部件均为透明材质。具有反射率低，作用波段广，适用性强以及能保持蒙皮原本色彩或者保持正常视野的效果，适用于雷达散射截面缩减领域。

Description

透明柔性宽带微波低散射结构及透明柔性蒙皮

技术领域

本发明涉及一种微波电磁表面领域，尤其涉及一种透明柔性宽带微波低散射结构及透明柔性蒙皮。

背景技术

人工电磁表面对入射的平面波具有一定的空间移相功能(改变相位)，它通常是由一些二维排布的贴片或孔状结构组成的准周期性结构。近年来超表面结构引起了人们广泛地关注，主要应用在聚焦、异常折反射、表面等离子激元和雷达散射截面缩减等方面。

目前，人工电磁表面在雷达散射见面缩减领域一直朝着带宽更宽，作用波段更广的方向发展。但由于准周期性结构往往使用铜、金等导电率高的不透明金属，因此在实际应用过程中容易造成观察视野受阻或者通信受阻的问题，同时，这些电磁表面结构往往为刚性，限制了其在众多装备上的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种透明柔性宽带微波低散射结构，能实现在X波段和Ku波段降低回波反射率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，通过将导电结构单元周期性排布在上部衬底上，通过整体的微波结构实现入射波干涉相消的效应，实现宽带低散射的效果。具体的方案如下所示。

本公开提供一种透明柔性宽带微波低散射结构，包括上部导电结构层、下部导电结构层和介质层。

上部导电结构层，包括多个导电结构单元和上部衬底，多个所述导电结构单元周期性排布在所述上部衬底上，所述上部衬底为柔性有机物，所述导电结构单元用于对入射波进行散射；

下部导电结构层，包括导电氧化物层和下部衬底，所述导电氧化物层附着在所述下部衬底上，所述下部衬底为柔性有机物，所述导电氧化物层用于防止电磁波透射；

介质层，设置在所述上部导电结构层和所述下部导电结构层之间，通过控制所述介质层的厚度来调节所述上部导电结构层和所述下部导电结构层之间的耦合效应，用于给回波提供预设角度的反射相位，实现所述回波与所述入射波干涉相消；

所述上部导电结构层、所述下部导电结构层、所述介质层、所述导电结构单元、所述导电氧化物层、所述上部衬底和所述下部衬底均为透明材质。

根据本公开提供的一些实施例，所述导电结构单元为具有几何形状的微结构。

根据本公开提供的一些实施例，所述导电结构单元包括方形导电结构单元和圆形导电结构单元。

根据本公开提供的一些实施例，N*N个所述方形导电结构单元组成的第一单元和N*N个所述圆形导电结构单元组成的第二单元通过阵列的形式交叉间隔布置在所述上部衬底上，所述第一单元的尺寸和所述第二单元的尺寸位于入射波波长±20％的范围内。

根据本公开提供的一些实施例，多个所述导电结构单元通过棋盘式排布方式设置在所述上部衬底上。

根据本公开提供的一些实施例，所述导电氧化物层包括以下之一：铟锡氧化物、掺铝氧化锌、掺氟氧化锌。

根据本公开提供的一些实施例，所述上部衬底和所述下部衬底利用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成。

根据本公开提供的一些实施例，所述介质层利用柔性的聚乙烯单体制成。

根据本公开提供的一些实施例，所述介质层的厚度为1～6mm。

本发明还公开一种透明柔性蒙皮，包括所述的透明柔性宽带微波低散射结构。

上述技术方案可以看出，本公开提供的透明柔性宽带微波低散射结构至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分。

①通过控制低散射结构单元的导电结构单元的分布，通过整体的微波结构实现入射波干涉相消的效应，实现宽带低散射的效果。

②同时具备可见光透明和结构柔性的效果，应用在蒙皮上，可保持其原本色彩或者保持正常视野。

附图说明

图1示意性示出了本公开实施例透明柔性宽带微波低散射结构的结构示意图；

图2示意性示出了本公开实施例透明柔性宽带微波低散射结构的导电单元在8-16GHz下的相位图；

图3示意性示出了本公开实施例透明柔性宽带微波低散射结构的表面与金属表面的远场散射对比图；

其中，1表示上部导电结构层；2表示介质层；3表示下部导电结构层；4表示导电结构单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释，例如，本公开提到的X波段，根据IEEE521-2002标准，X波段是指频率在8-12GHz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波，而在某些场合中，X波段的频率范围则为7-11.2GHz。例如，本公开提到的Ku波段，根据IEEE 521-2002标准，KU波段是指比IEEE 521-2002标准下的K波段频率低的波段，KU的频段通常下行从10.7到12.75GHz，上行从12.75到18.1GHz。例如，本公开提到的dB，是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位，在不同领域有着不同的名称，因此它也代表不同的实际意义，在无线通讯领域，衡量一个地点的某一无线基站通信信号强度也可以用DB表示，在本公开中，可以理解为一个百分比值，如降低10dB的回波反射率，即为降低10％的回波反射率。例如，本公开提到的回波，是指通过不同于正常路径的其他途径而到达给定点上的信号。回波产生是由于信号经反射物反射后，被反射物吸收一部分能量，产生了具有衰减延迟的原信号，叠加上原信号形成。又例如，本公开提到的平面波，是一种将3维波简化为2维波的分析方法，此种方法可以表征电磁波的特性，但实际中并不存在平面波，只是在一些远场问题分析时可以将3维电磁波等效于2维平面波分析。

本公开提供一种透明柔性宽带微波低散射结构，图1示意性示出了本公开实施例透明柔性宽带微波低散射结构的结构示意图。

如图1所示，透明柔性宽带微波低散射结构包括上部导电结构层1、下部导电结构层3和介质层2。

其中，上部导电结构层1、下部导电结构层3和介质层2均为透明结构层，入射波依次穿过上部导电结构层1和介质层2后，到达下部导电结构层3，在上部导电结构层1发生散射以及在下部导电结构层3发生反射，反射的回波的相位发生改变，与入射波发生相消干涉相消。

干涉相消是指，两列频率相同振动情况的两列波相遇，波程差为半波长的奇数倍时位移A1-A2，若振幅相等则相消。在本公开中具体表现为，回波与入射波的波程差为半波长的奇数倍。

根据本公开提供的一些实施例，上部导电结构层1，包括多个导电结构单元4和上部衬底，多个导电结构单元4周期性排布在上部衬底上，上部衬底为柔性有机物，导电结构单元4用于对入射波进行散射。

其中，上部衬底选用透明度高的柔性有机物衬底，用于附着固定透明导电结构单元4。

根据本公开提供的一些实施例，导电结构单元4为具有几何形状的微结构。

根据本公开提供的一些实施例，导电结构单元4可以为圆形、方形、菱形、三角形、椭圆形等几何形状，同时具有一定的厚度，贴附在上部衬底上，本公开对导电结构单元4的形状不做具体限定。

根据本公开提供的一些实施例，为了更好地实现低散射，同时考虑到易加工、增加利用率和控制成本，导电结构单元4包括方形导电结构单元和圆形导电结构单元。

根据本公开提供的一些实施例，N*N个方形导电结构单元组成的第一单元和N*N个圆形导电结构单元组成的第二单元通过阵列的形式交叉间隔布置在上部衬底上，第一单元的尺寸和第二单元的尺寸位于入射波波长±20％的范围内。

其中，利用不同几何形状的导电结构单元4间隔的设置在上部衬底上，可以最大化的利用其对入射波的散射作用，增强其散射能力。

具体的，根据加工工艺以及生产成本等综合考虑，选择合适数量的行/列，N*N个方形导电结构单元组成的第一单元和N*N个圆形导电结构单元组成的第一单元的尺寸，应该与入射波的波长相当，可略微大于/小于入射波的波长，取值范围为(1±20％)波长。其中，当第一单元的尺寸和第二单元的尺寸正好等于波长长度的时候，效果最佳。

此外，不同几何形状的导电结构单元4，对入射波的相位改变是不同的，通过N*N个方形导电结构单元组成第一单元或N*N个圆形导电结构单元组成第二单元，整体对入射波起作用，相邻的两个第一单元和第二单元对入射波的相位改变不同，从而使得分别经过相邻的两个第一单元和第二单元后的入射波发生干涉相消，降低回波反射率。

根据本公开提供的一些实施例，多个导电结构单元4可以使通过棋盘式排布方式设置在上部衬底上。具体的，多个导电结构单元4横纵相连形成一个网格状的结构，类似于棋盘上的网格线，而多个导电结构单元4类似于棋盘上的棋子。

下部导电结构层3，包括导电氧化物层和下部衬底，导电氧化物层附着在下部衬底上，下部衬底为柔性有机物，导电氧化物层用于防止电磁波透射。

其中，导电氧化物层具有金属地的效果，用于防止电磁波透射，防止入射波直接透过透明柔性宽带微波结构。

根据本公开提供的一些实施例，导电氧化物层包括以下之一：铟锡氧化物、掺铝氧化锌、掺氟氧化锌。

介质层2，设置在上部导电结构层1和下部导电结构层3之间，通过控制介质层2的厚度来调节上部导电结构层1和下部导电结构层3之间的耦合效应，用于给回波提供预设角度的反射相位，实现回波与入射波干涉相消。

其中，图2示意性示出了本公开实施例透明柔性宽带微波低散射结构的导电单元在8-16GHz下的相位图。

如图2所示，入射波在经过上部导电结构层1的散射后，部分波进入到介质层2后在下部导电结构层3上发生反射，反射后的回波的频率与入射波相同，波程差为半波长的奇数倍时位移A1-A2，且振幅相同，最终发生干涉相消，完成入射波的消除，进而降低反射率。

根据本公开提供的一些实施例，预设角度具体体现为回波的反射相位差为180°左右，具体的，根据本领域公认的，其浮动范围为180°±30°即可，在本公开中，回波与入射波的相位差在180°±30°时，即可实现回波散射率降低10dB的效果。

图3示意性示出了本公开实施例透明柔性宽带微波低散射结构的表面与金属表面的远场散射对比图。

如图3所示，为本公开实施例与金属表面的远场散射对比图，从图中可以很直观的看出，金属表面经过远场散射后能量仍然很高，而本公开提供的透明柔性宽带微波低散射结构的表面能将远场散射能量大幅度降低，已经能满足预计的需求。

根据本公开提供的一些实施例，介质层2的厚度为1～6mm。

通过控制介质层2的厚度在1～6mm，可以使得回波的波程差相差一个半波长，最大程度的保证了介质层2的厚度最薄，降低成本以及整体的厚度，便于安装使用。

根据本公开提供的一些实施例，上部导电结构层1、下部导电结构层3、介质层2、导电结构单元4、导电氧化物层、上部衬底和下部衬底均为透明材质。

通过选用透明材质，可以使得蒙皮在使用过程中，保持原有的团及色彩。

根据本公开提供的一些实施例，上部衬底和下部衬底利用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成。

根据本公开提供的一些实施例，介质层利用柔性的聚乙烯单体制成。

通过选用柔性材质制作上部衬底、下部衬底以及介质层2，可以使得透明柔性宽带微波低散射结构整体体现为柔性，相对于传统的硬板结构具有更广阔的使用空间，且效果更好。

本公开控制低散射结构单元的尺寸和分布，N*N个方形导电结构单元和N*N个圆形导电结构单元通过阵列的形式交叉间隔布置在上部衬底上，通过整体的微波结构实现入射波干涉相消的效应，实现宽带低散射的效果，最终达到反射率降低10dB的低散射效应，作用波段广，可同时覆盖X波段和Ku波段，同时具备可见光透明和结构柔性的效果，应用在蒙皮上，可保持原本色彩或者保持正常视野。

本公开还提供一种透明柔性蒙皮，包括上述的透明柔性宽带微波低散射结构，具有上述同样的有益效果。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各零部件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，在本公开的具体实施例中，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的尺寸、范围条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，包括：

上部导电结构层，包括多个导电结构单元和上部衬底，多个所述导电结构单元周期性排布在所述上部衬底上，所述上部衬底为柔性有机物，所述导电结构单元用于对入射波进行散射；

下部导电结构层，包括导电氧化物层和下部衬底，所述导电氧化物层附着在所述下部衬底上，所述下部衬底为柔性有机物，所述导电氧化物层用于防止电磁波透射；

介质层，设置在所述上部导电结构层和所述下部导电结构层之间，通过控制所述介质层的厚度来调节所述上部导电结构层和所述下部导电结构层之间的耦合效应，用于给回波提供预设角度的反射相位，实现所述回波与所述入射波干涉相消；

所述上部导电结构层、所述下部导电结构层、所述介质层、所述导电结构单元、所述导电氧化物层、所述上部衬底和所述下部衬底均为透明材质。

2.根据权利要求1所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，所述导电结构单元为具有几何形状的微结构。

3.根据权利要求2所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，所述导电结构单元包括方形导电结构单元和圆形导电结构单元。

4.根据权利要求3所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，N*N个所述方形导电结构单元组成的第一单元和N*N个所述圆形导电结构单元组成的第二单元通过阵列的形式交叉间隔布置在所述上部衬底上，所述第一单元的尺寸和所述第二单元的尺寸位于入射波波长±20％的范围内。

5.根据权利要求1至3任一所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，多个所述导电结构单元通过棋盘式排布方式设置在所述上部衬底上。

6.根据权利要求1所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，所述导电氧化物层包括以下之一：铟锡氧化物、掺铝氧化锌、掺氟氧化锌。

7.根据权利要求1所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，所述上部衬底和所述下部衬底利用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成。

8.根据权利要求1所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，所述介质层利用柔性的聚乙烯单体制成。

9.根据权利要求1所述的透明柔性宽带微波低散射结构，其特征在于，所述介质层的厚度为1～6mm。

10.一种透明柔性蒙皮，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的透明柔性宽带微波低散射结构。

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