CN112332100A - 一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗 - Google Patents

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Abstract

一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗属于光学透明电磁屏蔽及微波通信领域。该光窗由依次重叠且平行配置的石墨烯层、透明介质层A、集成相变材料的电控可调频率选择表面层、透明介质层B和金属网栅层装配构成。其中，集成相变材料的电控可调频率选择表面层由集成相变材料的频率选择表面、金属电极和引线构成。所述的集成相变材料的频率选择表面是由栅网化孔径型频率选择表面、栅网化贴片型频率选择表面和微小相变材料贴片组成的集成相变材料的频率选择表面阵列单元周期性密接排布构成。本发明解决了现有的微波反射器难以同时实现高光学透明性、反射频带可调和反射频带带外抑制以吸收为主的问题。

Description

一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗
技术领域
本发明属于光学透明电磁屏蔽及微波通信领域，特别涉及一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗。
背景技术
近年来，电磁波与人们日常生活的联系愈发密切，随着广播、电视、雷达、卫星通讯和导航、无线定位技术、移动通信/手机、物联网等技术的快速发展，具有发射和接收电磁波功能的设备成数量级的增加。电磁波的应用波段不断展宽，电磁波强度不断增大，使得空间电磁环境日益复杂。电磁波的广泛应用在给人们生活带来便利的同时，包含对人体健康带来的危害和对电子设备造成电磁干扰从而产生系统失效等问题的副作用也越来越引起人们的重视。因此，实现对电磁干扰的有效屏蔽和对电磁波的调控将是未来电子设备发展中必须考虑的问题。
电磁屏蔽主要以电磁反射和电磁吸收两种方式实现，常用的金属网栅、金属氧化物薄膜、 ITO等利用电磁反射来实现电磁屏蔽。但是在某些应用中对微波反射器有特定需求，不仅需要对特定频带的电磁波进行高效电磁反射，还需要对其余频段的电磁波进行吸收从而使得仅有特定频带电磁波反射回空间，实现良好带外电磁屏蔽。频率选择表面技术可以满足应用中选频特性的需求，其可以在某些频段中实现高效透过(孔径型)或者反射(贴片型)从而实现带通或者带阻等功能，并且已在微波雷达和天线等领域成功应用。然而传统频率选择表面主要由金属或导电材料制成，以孔径型为例，其抑制机理只能以反射为主，无法对其余频带的电磁波进行吸收，且光学透明性不理想，不适用于透明光学元器件。除此之外，频率选择表面一经制备，其频率选择特性固定，很难对其“关闭”或者调节，这也限制了其应用的灵活性。
目前，电磁屏蔽的一个难点和热点问题是对光学透明元器件的屏蔽，如飞机/卫星/舰船/ 汽车的光窗、光学仪器光窗和显示面板、电磁隔离室和保密设施光窗、通讯设备的透明元件、手机触屏等。在这些领域中开发透明吸波材料和器件具有十分广阔的应用前景。
与传统的金属吸收剂相比，石墨烯具有优异的电子、光学、热、机械性能，已成为吸波材料的研究热点，其中基于石墨烯的吸波材料可以分为透明和不透明两种类型。专利201721866639.3、201820091585.6、201721279384.0、201610480681.5、20162065416.2、201610361365.6均描述了不透明的石墨烯吸波材料，由于石墨烯的相对介电常数实部在太赫兹波段为负，因此在太赫兹波段中石墨烯表现出金属的性质并支持表面等离子体激元，然而石墨烯在微波波段中表现出和在太赫兹波段中不同的性质，因此，此类石墨烯吸波材料只适用于太赫兹波段而不适用于微波波段。其次，此类不透明的石墨烯吸波材料没有考虑光学透明性，因此无法应用于光学透明元器件上。专利CN103596413A公开了一种用于微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射吸收的基于石墨烯的结构和方法；专利201510448956.2、201510449179.3、201510449150.5、201510449163.2描述了一类由石墨烯和透明导电膜组成的以吸收为主的透明电磁屏蔽器件，这类以吸收为主的透明电磁屏蔽器件利用了射频辐射多次穿过石墨烯层被强吸收而可见光仅透过层叠结构一次的特性来同时实现高透明度和强微波吸收。以上所有基于石墨烯的吸波器都存在吸收带宽和吸收频率固定的问题，无法在不重建几何结构的前提下改变其吸收频率或吸收幅值。
在透明吸波领域，除了基于石墨烯的透明吸波器之外，也可利用放置在透明介质两端的图案化ITO薄膜和高反射ITO膜实现透明吸收，例如专利201820695006.9、201810537235.2、 201710989070.8、201710269626.6、201610721042.3、201610408829.4等。但是基于ITO的透明吸波材料难以实现宽波段高透光率，无法满足某些对透明度要求高的场合，且同样存在无法在不重建几何结构的前提下改变其吸收频率或吸收幅值的问题。
专利JP2001111291A公开了一种由透明吸收膜、透明薄板和透明反射膜组成的透明电波吸收体，可以同时实现透明性和吸收。然而该发明要求透明薄板的厚度为1/4波长，使得该发明在很多实际应用场合中并不适用，尤其在低频环境下。同时波长与频率相对应，一旦器件制作完成，无法在不改变厚度的前提下，改变吸收的中心频率，且无法实现特性频带的反射，其余频带吸收的选频功能。
专利201710251465.8和201510791900.7皆为基于频率选择表面(FrequencySelective Surface，FSS)的吸波材料，且利用FSS的频率选择特性实现了吸收传输一体化的设计。虽然其抑制机理以吸收为主，但是不具有良好的光学透明性，工作频段固定，针对的为透射频带的带外抑制等问题。
专利201310385579.3和201310385579.9均提到了一类金属网栅上的十字孔型周期阵列结构，所述的金属网栅为圆孔型金属网栅、六边形金属网栅或方格形金属网栅，首次将十字孔径型FSS光学透明化，但是，这两个专利对需要光学透明化的FSS有一定的约束条件，即只能针对十字孔径型频选，并且所述的十字孔径型的周期、缝宽、缝长必须为金属网栅周期的整数倍，其后，专利201510262958.2和201510262957.8提出了将裂痕网栅应用于周期开孔结构。
现有技术中，上述金属网栅FSS受限制于网栅和FSS的种类，不同类型的金属网栅与不同类型的FSS组合的有效性尚不确定，且未经过优化设计的金属网栅FSS可能存在选频特性不佳问题；另外，若金属网栅FSS选择用方形、圆形或者六边形等简单金属网栅，会造成高级次衍射能量分布集中，影响光学系统的成像质量；若如专利201510262958.2和201510262957.8所示采用裂痕网栅，尽管高级次衍射能量分布有改善，但仍有裂痕网栅加工复杂、透光和电磁屏蔽能力不易控制等问题。上述金属网栅FSS都存在选频特性固定不能调节的问题。
专利201811062061.5、201810626249.1和201610220782.9中将PIN二极管与金属FSS相结合，利用偏置电压调节PIN二极管的状态以实现可调吸收，但金属固有的不透明性以及PIN 二极管等可调器件的不透明性导致整体光学透明性不佳。专利201210570546.1描述了一种由双层FSS、包括聚合物与固态电介质的混合物夹层、导线、电源线和开关组成的具有开关功能的空间滤波器，可以实现良好滤波功能和电磁屏蔽特性的切换，但其电控制装置复杂，且双层FSS和中间的混合物夹层均不透光，因此无法应用于透明领域。专利201810817257.4描述了一种三频带可开关的超材料吸波器/反射器，包括金属底板层、介质基板层、金属图案层，该专利利用精心设计的谐振单元结构和馈电网络，控制不同位置处的二极管的状态使得在一定波段范围内实现七种吸收效果和一种全反射效果。但是二极管和金属底板的不透明性和复杂的馈电网络使得该吸波器很难应用于光学透明领域。
专利201710899625.X“基于石墨烯和频率选择表面的超薄电磁吸波表面”描述了一种由电解液石墨烯三明治层、金属频率选择表面、金属背板组成的复合结构，实现一种可动态调控的反射表面，可以在外加电压的作用下动态调控该装置的“吸波”和“反射”两种工作状态。专利201610592098.3、201610895771.0、201710523269.1、201710954128.5、201810060896.0、 20181425436.3、201810417016.0、201820719235.X也都是基于石墨烯的可调吸波器，这些专利是利用石墨烯的电可调性，通过改变外部电压控制石墨烯的电导率或化学势，从而控制吸波器的特性，但是这些专利通常需要用到大面积金属以产生强反射而没有光学透明性，并且通过外加电压控制石墨烯的方法较为复杂同时也会影响透光。且这些调节方式通常只能调节吸收能力的强弱，无法实现带外抑制以吸收为主的反射频带中频带的中心频率可调。
专利20131025379.X、201310253788.2、201710398776.7和201810377846.5都提到了利用相变材料实现可调滤波或吸收，其中专利20131025379.X由频率选择表面金属层和热致相变材料层组成，实现了带通滤波器和全屏蔽的切换。专利201310253788.2描述了一种热致相变材料制成的频率选择表面，实现了全透与带阻滤波器之间的切换。专利201810377846.5描述了一种由多个金属贴片组成的贴片层、介质层和二氧化钒薄膜层组成的多层结构，专利 201710398776.7描述了一种基于二氧化钒薄膜的频率可调共面紧凑型人工磁导体结构，专利 201810377846.5和201710398776.7皆可实现固定频段中吸收和反射的切换。但是由于相变材料本身的光学透光率在金属态时只有30％，因此若要将其应用于透明光窗上，需要严格控制其相对面积。然而上述专利中，都是利用大面积的相变材料来实现可调滤波或吸收，没有考虑到光学透明性，无法应用于光窗上。
综上所述，现有的透明电磁屏蔽技术及频率选择表面等难以同时实现高光学透明性、可调的反射频带和以吸收为主的带外抑制。拥有光学透明性的微波吸收技术通常随着器件的制备完成，工作频率随之固定，无法在不重构其几何特征的前提下，改变其工作频率，例如基于ITO的吸波器，和基于石墨烯/透明导电膜的透明电磁屏蔽器件。拥有可调选频特性的FSS，通常又存在透光率较差或不考虑透光、加载有源器件导致设计和激励调控复杂、难以进行小型化设计等问题，而且此类可调FSS的选频特性都是针对透射的电磁波，无法对反射频带进行可调，并且无法实现特定反射频带以吸收为主的带外抑制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有透明电磁屏蔽及频率选择表面等方案的不足，特别是针对现有技术难以同时实现高光学透明性、可调的反射频带和反射频带带外抑制以吸收为主，研发一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，以同时实现高光学透明性，可调的反射频带和反射频带带外抑制以吸收为主。
本发明采用的技术方案是：一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述光窗由依次重叠且平行配置的石墨烯层、透明介质层A、集成相变材料的电控可调频率选择表面层、透明介质层B和金属网栅层装配构成；所述集成相变材料的电控可调频率选择表面层由集成相变材料的频率选择表面、在集成相变材料的频率选择表面金属表面两侧边缘部分分别设置的金属电极和与金属电极连通的引线构成；所述金属电极的长度和宽度大于引线的横截面的长度和宽度且与集成相变材料的频率选择表面的金属部分连通；所述的集成相变材料的频率选择表面包括m×n个周期性密接排布的集成相变材料的频率选择表面阵列单元，m≥2， n≥2；所述的集成相变材料的频率选择表面阵列单元由栅网化孔径型频率选择表面、栅网化贴片型频率选择表面和相变材料贴片组成，栅网化孔径型频率选择表面和栅网化贴片型频率选择表面金属覆盖部分无重合处；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元内仅包含一片栅网化贴片型频率选择表面，则至少1片相变材料贴片将栅网化孔径型频率选择表面和栅网化贴片型频率选择表面连接；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元内包含多个栅网化贴片型频率选择表面，则每个栅网化贴片型频率选择表面至少与栅网化孔径型频率选择表面通过 1片相变材料贴片直接连接，或至少与其它一个栅网化贴片型频率选择表面通过至少1片相变材料贴片连接并间接连接到栅网化孔径型频率选择表面，且相变材料贴片在连接处宽度大于150nm，确保在相变材料为金属态时，所有栅网化贴片型频率选择表面和栅网化孔径型频率选择表面互相连通；集成相变材料的频率选择表面阵列单元中相变材料贴片的总面积比t 小于0.04；所述的栅网化孔径型频率选择表面是指在金属网栅上由孔径单元按照二维阵列周期排布构成，且在孔径单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征；所述的栅网化贴片型频率选择表面是指在衬底表面上由金属网栅组成的贴片单元按照二维阵列周期排布构成，且在贴片单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征；所述金属网栅是指由网栅单元按二维阵列排布构成的栅网状微细金属结构；所述相变材料是指可在温度的驱动下实现绝缘态到金属态可逆变化的材料，实现绝缘态到金属态的温度为相变温度；所述集成相变材料的频率选择表面阵列单元中相变材料贴片的总面积比t是指在一个集成相变材料的频率选择表面阵列单元内，相变材料贴片的总面积与集成相变材料的频率选择表面阵列单元面积的比值；所述的金属网栅层由金属网栅构成；所述频带可电控调节的高透光微波吸收光窗在未通电时，集成相变材料的电控可调频率选择表面层不发热，相变材料为绝缘态，光窗为微波波段内特定频带反射器，当引线开始通电时，集成相变材料的电控可调频率选择表面层开始发热，待发热到相变温度，相变材料变为金属态，光窗的反射频带产生频移。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述相变材料包括二氧化钒、三氧化二钒、氧化钒。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述的孔径单元形状包括十字孔形、圆孔形、方孔形、Y孔形、耶路撒冷孔形、六边孔形、偶极子孔形、锚形孔。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述的贴片单元形状包括十字形、Y形、圆形、方形、耶路撒冷形、六边形、偶极子形、锚形。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述金属网栅包括方格网栅、圆环网栅、三角分布圆环及子圆环阵列网栅、基于随机分布圆环的金属网栅、基于多周期金属圆环嵌套阵列网栅。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述相变材料与栅网化频率选择表面的连接包括直接连接、覆盖连接和镶嵌连接，相变材料的厚度大于150nm。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述透明介质层A和透明介质层B可以为任意透明材料，只要能够作为满足使用场合要求的透明光窗材料，包括普通玻璃、石英玻璃、红外材料及透明树脂材料。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述的栅网化孔径型频率选择表面、栅网化贴片型频率选择表面和金属网栅层中金属网栅的金属线条宽度为微米量级或亚微米量级；所述的金属电极的长度和宽度为毫米量级；所述的栅网化孔径型频率选择表面、栅网化贴片型频率选择表面、金属网栅层和金属电极均由导电性能良好的金属构成，且金属厚度大于100nm。
作为一种优选基本结构，上述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，金属网栅层所用的金属网栅和栅网化孔径型频率选择表面所用的金属网栅是同一种网栅时，所用金属网栅可以对称放置或者旋转交错排列放置；所述的旋转交错排列是指由透明介质层B隔开的金属网栅层所用的金属网栅与集成相变材料的电控可调频率选择表面层中栅网化孔径型频率选择表面和栅网化贴片型频率选择表面所用的金属网栅按非对称放置时，两层金属网栅之间具有相对旋转，相对旋转角度为交错角；所述的交错角选取范围为1°～179°。
本发明的创新性和良好效果是：
1、本发明提出由集成相变材料的频率选择表面、在集成相变材料的频率选择表面金属表面两侧边缘部分分别设置的金属电极和与金属电极连通的引线构成的集成相变材料的电控可调频率选择表面层。金属电极的长度和宽度大于引线的横截面的长度和宽度且与集成相变材料的频率选择表面的金属部分连通，金属贴片与集成相变材料的频率选择表面边缘部分连通。其中，集成相变材料的频率选择表面阵列单元是由栅网化孔径型频率选择表面、栅网化贴片型频率选择表面和相变材料贴片组成，栅网化孔径型频率选择表面和栅网化贴片型频率选择表面金属覆盖部分无重合处；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元内仅包含一片栅网化贴片型频率选择表面，则至少1片相变材料贴片将栅网化孔径型频率选择表面和栅网化贴片型频率选择表面连接；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元内包含多个栅网化贴片型频率选择表面，则每个栅网化贴片型频率选择表面至少与栅网化孔径型频率选择表面通过1片相变材料贴片直接连接，或至少与其它一个栅网化贴片型频率选择表面通过至少1片相变材料贴片连接并间接连接到栅网化孔径型频率选择表面，且相变材料贴片在连接处宽度大于 150nm，确保在相变材料为金属态时，所有栅网化贴片型频率选择表面和栅网化孔径型频率选择表面互相连通；集成相变材料的频率选择表面阵列单元中相变材料贴片的总面积比t小于0.04；这样设置的良好效果在于：在外接电压给引线通电时，由于栅网化孔径型频率选择表面大面积相连通且电阻较低，所以只需要非常低的驱动电压即可将集成相变材料的频率选择表面层加热到适当温度，由于采用的相变材料在温度的驱动下即可实现从绝缘态到金属态的可逆变化，当集成相变材料的电控可调频率选择表面层通电时，栅网化孔径型频率选择表面会发热，达到相变温度时，相变材料转换为金属态，所有栅网化贴片型频率选择表面和栅网化孔径型频率选择表面互相连通，当集成相变材料的电控可调频率选择表面层未通电时，由于没有产生热量的装置因此温度低于相变温度，相变材料为绝缘态，栅网化贴片型频率选择表面和栅网化孔径型频率选择表面互相隔离；因此通过集成相变材料的电控可调频率选择表面层通电与否，即可控制相变材料的材料特性，利用相变材料可从绝缘态到金属态的可逆变化就可以在集成相变材料的频率选择表面层形成不同形状的频选单元，从而实现不同的选频特性；本发明解决了传统可调频率选择表面通过加载有源器件导致设计和激励调控复杂、难以进行小型化设计等问题；而且，通过应用不同的相变材料(如相变温度不同的材料)、对相变材料贴片数量的控制、以及空间布置方式的改变，可产生多种可调的频选特性；通过对相变材料贴片在连接处宽度和相变材料的面积比的设置，可以确保相变材料在金属态时可靠的电连接以及对光学透明性影响微小，实现高透明性。除此之外，利用外接电源可将集成相变材料的频率选择表面层加热到适当温度，可以快速除冰或除雾，还可以提高外接电压的幅值以提高加热效率，降低加热除冰/去雾的时间，避免了常用的热气除冰/去雾需等待较长时间的缺点。
2、在上述创新性1的基础上，本发明提出将石墨烯与可电控调节的集成相变材料的频率选择表面和金属网栅层有机结合，集成相变材料的频率选择表面作为透射的带通滤波器，通带之外的电磁波被集成相变材料的频率选择表面反射回石墨烯层，在石墨烯和集成相变材料的频率选择表面之间进行多次反射，从而使通带之外的电磁波经历了多次石墨烯的吸收，可以实现以吸收为主的带外抑制。而通带范围内的电磁波通过了集成相变材料的频率选择表面层，而被金属网栅层反射，由于金属网栅距离石墨烯的距离和集成相变材料的频率选择表面距离石墨烯的距离不同，利用FP效应，通带范围内的电磁波由于金属网栅的强反射可以直接反射回入射空间，形成该频段的强反射。整体上，实现反射频带带外抑制以吸收为主的微波反射器。与创新性1中通过集成相变材料的电控可调频率选择表面层的通电与否控制相变材料的导通特性，从而可以在集成相变材料的频率选择表面层形成不同形状的频选单元，最终实现不同的选频特性相结合。若在集成相变材料的电控可调频率选择表面层通电之后，集成相变材料的频率选择表面层实现透射通带的平移，则仍利用金属网栅距离石墨烯的距离和集成相变材料的频率选择表面距离石墨烯的距离不同以实现反射频带的强反射，反射频带带外抑制以吸收为主的微波反射器。若在集成相变材料的电控可调频率选择表面层通电之后，集成相变材料的频率选择表面层实现透射通带的关闭，即透射通带平移至目标频段外，则利用石墨烯和集成相变材料的频率选择表面之间的多次反射，实现具有强微波吸收能力的微波吸收器。
3、本发明提出在金属网栅上由孔径单元按照二维阵列周期排布构成，且在孔径单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征的栅网化孔径型频率选择表面和在衬底表面上由金属网栅组成的贴片单元按照二维阵列周期排布构成，且在贴片单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征的栅网化贴片型频率选择表面；这样设置的良好效果在于：通过边缘形状特征的保留，不仅有利于相变材料贴片和栅网化孔径型频率选择表面和栅网化贴片型频率选择表面可靠连接，而且边缘部分形状特征的保留还解决了传统金属网栅频率选择表面因边缘引起谐振导致选频特性不佳的问题。
4、本发明提出将石墨烯、集成微小相变材料贴片的栅网化频率选择表面、金属网栅层、以及透明介质构成层叠结构，个单元均有良好光学透明性，且光波主要能量仅穿过结构一次，因而具有高光学透明性。在一些实施例中，所用的金属网栅、栅网化孔径型频率选择表面、栅网化贴片性频率选择表面可选择同一种金属网栅，此时，可以令金属网栅和栅网化孔径型频率选择表面所用的金属网栅旋转交错排列，将金属网栅层所用的金属网栅和栅网化孔径型/ 贴片型频率选择表面所用的金属网栅旋转交错排列，透明基片或衬底两侧金属网栅层所用的金属网栅和栅网化孔径型频率选择表面所用的金属网栅按非对称放置时，两层金属网栅之间具有相对旋转，相对旋转角度为交错角；由于所用的两层金属网栅按旋转交错排列，可以有效地避免了所用的两层网栅各高级次衍射级次的叠加，从整体上均化了高级次衍射级能量分布，同时通过使用不同类型的网栅如随机网栅，可以进一步提高结构的高级次衍射能量分布的均匀性。
综上，本发明可以同时实现高光学透明性、反射频带可调和反射频带带外抑制以吸收为主，是一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗。
附图说明：
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗的一种优选结构剖面示意图。
图2是集成相变材料的电控可调频率选择表面层的结构示意图。
图3是集成相变材料的频率选择表面阵列单元的结构示意图。
图4是金属网栅层所用的金属网栅和栅网化孔径型频率选择表面所用的金属网栅对称放置的结构示意图
图5是金属网栅层所用的金属网栅和栅网化孔径型频率选择表面所用的金属网栅旋转交错排列放置的结构示意图
图6是不同孔径单元形状的示意图。
图7是不同贴片单元形状的示意图。
图8是不同类型的金属网栅示意图。
图9是不同相变材料和金属的连接方式示意图。
图10是实施例1的结构示意图。
图11是实施例1中两种情况下的反射特性对比图。
图12是实施例1中两种情况下的微波吸收率对比图。
图13是实施例2的结构示意图。
图14是实施例2中两种情况下的反射特性对比图。
图15是实施例2中两种情况下的微波吸收率对比图。
图16是实施例3的结构示意图。
图17是实施例3中两种情况下的反射特性对比图。
图18是实施例3中两种情况下的微波吸收率对比图。
图19是实施例4的结构示意图。
图20是实施例4中三种情况下的反射特性对比图。
图21是实施例4中三种情况下的微波吸收率对比图。
图中件号说明：1.保护层；2.增透层；3.石墨烯层；4.黏连层；5.透明介质层A；6.黏连层； 7.集成相变材料的电控可调频率选择表面层；8.黏连层；9.透明介质层B；10.黏连层；11.金属网栅层；12.增透层；13.保护层；14.金属；15.相变材料；16.透明介质；71.集成相变材料的频率选择表面；72.金属电极；73.引线；74.集成相变材料的频率选择表面阵列单元；75.栅网化孔径型频率选择表面；76.栅网化贴片型频率选择表面；77.相变材料贴片。
具体实施方式
下面参照附图和优选实施例对本发明进一步的描述：本发明的目的是这样实现的：一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，所述光窗由依次重叠且平行配置的石墨烯层3、透明介质层A5、集成相变材料的电控可调频率选择表面层7、透明介质层B9和金属网栅层 11装配构成；所述集成相变材料的电控可调频率选择表面层7由集成相变材料的频率选择表面71、在集成相变材料的频率选择表面71金属表面两侧边缘部分分别设置的金属电极72和与金属电极72连通的引线73构成；所述金属电极72的长度和宽度大于引线73的横截面的长度和宽度且与集成相变材料的频率选择表面71的金属部分连通；所述的集成相变材料的频率选择表面71包括m×n个周期性密接排布的集成相变材料的频率选择表面阵列单元74，m ≥2，n≥2；所述的集成相变材料的频率选择表面阵列单元74由栅网化孔径型频率选择表面 75、栅网化贴片型频率选择表面76和相变材料贴片77组成，栅网化孔径型频率选择表面75 和栅网化贴片型频率选择表面76金属覆盖部分无重合处；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元74内仅包含一片栅网化贴片型频率选择表面76，则至少1片相变材料贴片77将栅网化孔径型频率选择表面75和栅网化贴片型频率选择表面76连接；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元74内包含多个栅网化贴片型频率选择表面76，则每个栅网化贴片型频率选择表面76至少与栅网化孔径型频率选择表面75通过1片相变材料贴片77直接连接，或至少与其它一个栅网化贴片型频率选择表面76通过至少1片相变材料贴片77连接并间接连接到栅网化孔径型频率选择表面75，且相变材料贴片77在连接处宽度大于150nm，确保在相变材料为金属态时，所有栅网化贴片型频率选择表面76和栅网化孔径型频率选择表面75互相连通；集成相变材料的频率选择表面阵列单元74中相变材料贴片77的总面积比t小于0.04；所述的栅网化孔径型频率选择表面75是指在金属网栅上由孔径单元按照二维阵列周期排布构成，且在孔径单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征；所述的栅网化贴片型频率选择表面76是指在衬底表面上由金属网栅组成的贴片单元按照二维阵列周期排布构成，且在贴片单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征；所述金属网栅是指由网栅单元按二维阵列排布构成的栅网状微细金属结构；所述相变材料是指可在温度的驱动下实现绝缘态到金属态可逆变化的材料，实现绝缘态到金属态的温度为相变温度；所述集成相变材料的频率选择表面阵列单元74中相变材料贴片77的总面积比t是指在一个集成相变材料的频率选择表面阵列单元74内，相变材料贴片77的总面积与集成相变材料的频率选择表面阵列单元74面积的比值；所述的金属网栅层11由金属网栅构成；所述频带可电控调节的高透光微波吸收光窗在未通电时，集成相变材料的电控可调频率选择表面层7不发热，相变材料为绝缘态，光窗为微波波段内特定频带反射器，当引线73开始通电时，集成相变材料的电控可调频率选择表面层7开始发热，待发热到相变温度，相变材料变为金属态，光窗的反射频带产生频移。
图1是一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗的一种优选结构剖面示意图，所述透明介质层A5和透明介质层B9可以为任意透明材料，只要能够作为满足使用场合要求的透明光窗材料，同时能够将石墨烯层3按一定工艺流程加工于透明介质层A5表面，将集成相变材料的电控可调频率选择表面层7按一定工艺流程加工于透明介质层A5或透明介质层 B9表面，将金属网栅层11按一定工艺流程加工于透明介质层B9表面，包括普通玻璃、石英玻璃、红外材料及透明树脂材料；黏连层(4和6)帮助将石墨烯层3和集成相变材料的电控可调频率选择表面层7固定于透明介质层A5的两侧；黏连层(8和10)帮助将集成相变材料的电控可调频率选择表面层7和金属网栅层11固定于透明介质层B9的两侧；单层或者多层增透膜(2和12)增强光窗的透光能力；单层或者多层的保护层13被用来保护金属网栅层11，以防止金属部分被划伤或长期暴露于空气中造成腐蚀和氧化，避免影响金属网栅层11的电磁屏蔽性能；单层或者多层的保护层1被用来保护石墨烯层3，以防止石墨烯被划伤或与有机溶剂接触造成石墨烯脱落，避免影响石墨烯层3的微波吸收性能；若加了增透膜(2或12)，单层或者多层的保护层(1和13)可以用来保护增透膜以防止其被划伤从而造成透光能力的下降。实际应用中，石墨烯层3、透明介质A5、集成相变材料的电控可调频率选择表面层7、透明介质层B9和金属网栅层11是本发明不可或缺的因素，根据工艺和实际应用场合，黏连层(4、6、8和10)、增透膜(2和12)和保护层(1和13)可以具备或不具备。
集成相变材料的电控可调频率选择表面层7由集成相变材料的频率选择表面71、在集成相变材料的频率选择表面71金属表面两侧边缘部分分别设置的金属电极72和与金属电极72 连通的引线73构成；所述金属电极72的长度和宽度大于引线73的横截面的长度和宽度且与集成相变材料的频率选择表面71的金属部分连通；所述的集成相变材料的频率选择表面71 包括m×n个周期性密接排布的集成相变材料的频率选择表面阵列单元74，m≥2，n≥2；
图2是集成相变材料的电控可调频率选择表面层的结构示意图，如图所示，集成相变材料的电控可调频率选择表面层7由集成相变材料的频率选择表面71、在集成相变材料的频率选择表面71金属表面两侧边缘部分分别设置的金属电极72和与金属电极72连通的引线73 构成，其中，集成相变材料的频率选择表面71包括m×n个周期性密接排布的集成相变材料的频率选择表面阵列单元74，m≥2，n≥2。图中所示的金属贴片72和引线73仅作示意，金属电极72的长度和宽度大于引线73的横截面的长度和宽度且与集成相变材料的频率选择表面71的金属部分连通；由外接电源负责为引线提供电压，根据加热速度的不同可以选择不同的驱动电压。
图3列举了本发明中两种情况下集成相变材料的频率选择表面单元74的结构示意图，集成相变材料的频率选择表面阵列单元74如图3所示，包括栅网化孔径型频率选择表面75、栅网化贴片型频率选择表面76和相变材料贴片77三部分，其中灰色贴片部分代表相变材料贴片77，黑色线条代表金属，用黑色虚线框起来的部分代表一个集成相变材料的频率选择表面阵列单元74结构。图3(a)为集成相变材料的频率选择表面阵列单元74内仅包含一片栅网化贴片型频率选择表面76的情况，利用4片相变材料贴片77将栅网化孔径型频率选择表面75和栅网化贴片型频率选择表面76直接连接；图3(b)为集成相变材料的频率选择表面阵列单元74内包含三片栅网化贴片型频率选择表面76的情况，除了利用4片相变材料贴片 77将栅网化孔径型频率选择表面75和栅网化贴片型频率选择表面76直接连接，栅网化贴片型频率选择表面76还与其它两个栅网化贴片型频率选择表面76通过1片相变材料贴片77连接并间接连接到栅网化孔径型频率选择表面75。从图中可以看出，栅网化孔径型频率选择表面75和栅网化贴片型频率选择表面76金属覆盖部分无重合处。相变材料贴片77在连接处宽度大于150nm以确保相变材料和金属有良好的连接。
图4和5是金属网栅层11所用的金属网栅和栅网化孔径型频率选择表面75所用的金属网栅对称放置和旋转交错排列放置的结构示意图，图4为对称放置的示意图，所用的两层金属网栅结构均选用三角分布圆环及子圆环阵列网栅结构，对称放置在透明介质层B9的两侧；图5为旋转交错排列放置的示意图，所用的两侧金属网栅结构仍然均选用三角分布圆环及子圆环阵列网栅结构，但旋转交错排列放置在透明介质层B9的两侧，交错角α为20°，所述的交错角是指当透明介质层两侧所用的两层金属网栅由对称排列变为旋转交错排列时，其中一层所用的金属网栅相对于另外一层所用的金属网栅在其所在平面内旋转的角度，即所用的两层金属网栅旋转交错排列放置时的相对旋转角度。
图6为不同孔径单元形状的示意图，(a)为十字孔形，(b)为圆孔形，(c)为方孔形，(d) 为Y孔形，(e)为耶路撒冷孔形，(f)为六边孔形，(g)为偶极子孔形，(h)为锚形孔。而孔径单元在金属网栅上按照二维阵列周期排布，且在孔径单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征即可构成栅网化孔径型频率选择表面75。
图7为不同贴片单元形状的示意图，(a)为十字形，(b)为圆形，(c)为方形，(d)为Y形，(e)为耶路撒冷形，(f)为六边形，(g)为偶极子孔形，(h)为锚形。由金属网栅构成的贴片单元在衬底表面上按照二维阵列周期排布，且在贴片单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征即可构成栅网化贴片型频率选择表面76。
图8为不同类型的金属网栅结构示意图，(a)为方格网栅，(b)为圆环网栅，(c)为三角分布圆环及子圆环阵列网栅，(d)为基于随机分布圆环的金属网栅，(e)为基于多周期金属圆环嵌套阵列网栅；(a)和(b)为金属网栅的基本结构，在此基础上，金属网栅还有很多类型，如引入子圆环结构的(c)，添加随机元素的(d)和利用多周期的(e)，这三类金属网栅可以进一步提高集成相变材料的电控可调频率选择表面层7和金属网栅层11高级次衍射能量分布的均匀性，解决传统金属网栅频率选择表面高级次衍射能量分布集中导致成像质量不佳的问题。在对成像质量要求比较高的场合中，可以利用此类网栅以降低对成像系统的影响。
图7为不同相变材料15和金属14的连接方式示意图，(a)表示相变材料15和金属14的直接连接，该方法的工艺最简单，利用紫外光刻工艺结合材料生长工艺即可实现。(b)和(c)表示相变材料15和金属14的覆盖连接，在设计相变材料贴片和金属FSS的形状时，需要提前设计一部分的交叠部分，同样结合紫外光刻工艺和材料生长工艺就可以实现。(d)和(e)表示相变材料15和金属14的镶嵌连接，该方法在覆盖连接的基础上，需要配合刻蚀工艺，因此该方法最为复杂，但是在容易变形的场合中，该连接方法连接的更为紧密。
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更清楚、完整的描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
实施例1：
根据本发明的一个实施例如图10所示，其整体结构示意图如图10(a)所示，由顶部第一层单层石墨烯层、第二层透明二氧化硅、第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层、第四层透明二氧化硅、第五层金属网栅层构成，其中第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层的结构示意图如图10(b)所示。本实例中集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅均采用三角分布圆环及子圆环阵列网栅；交错角为20°；孔径型频率选择表面选择十字孔径型频率选择表面；贴片型频率选择表面选择十字贴片型频率选择表面；所选取的石墨烯方阻约为327Ω，单层石墨烯的透光率约为97.7％；透明二氧化硅介电常数为ε1＝3.75；相变材料采用温控相变材料二氧化钒，当温度小于相变温度时，二氧化钒为绝缘态方阻大于1000Ω，当温度大于相变温度时，二氧化钒为金属态，方阻小于50Ω，在温度达到相变温度时，二氧化钒可在皮秒时间尺度从绝缘态转换成金属态；金属和相变材料的厚度均为400nm；金属和相变材料采用图9(a)直接连接的方式进行连接；所采用的金属为铝。所用的相变材料的温度驱动是由外部电压施加给引线从而使栅网化孔径型频率选择表面发热，造成温度上升至相变温度。
由于透明微波吸收光窗的重要参数之一为透光率，因此对实施例1样件的透光率进行分析，石墨烯层3的透光约为97.7％；集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅所采用的三角分布圆环及子圆环阵列网栅的透光率为96.9％；栅网化贴片型频率选择表面的透光损耗为2.28％，栅网化孔径型频率选择表面的透光损耗为0.19％；相变材料在金属态的透光较差仅为30％，由于所用相变材料总面积仅2.85％，由此，相变材料的总损耗为2.0％，集成相变材料的电控可调频率选择表面层7的透光为95.53％。综上所述，结构的整体透光率大于90.44％。远大于目前报道的透明微波吸收器件的透光率，在对透明性要求高的场合仍为适用。
本发明的效果可通过图11和12进一步说明：
采用不同的温度值，对本实施例进行反射特性和微波吸收率的仿真，得到的反射特性如图11所示，得到的吸收率结果如图12所示。从图11、12中可以看出，当未通电，温度低于相变温度T时，反射频带的中心频率在25.0GHz处，且其通带的反射损耗仅-0.21dB，结构的峰值吸收率在30.47GHz可达99.97％，次峰值吸收率在19.676GHz也可达到99.48％，从图中可以看出在反射频带的带外抑制以吸收为主；当通电后，温度高于相变温度T时，光窗的反射频带产生平移，在相变材料为低温时的反射频带(25.0GHz)处反射损耗变为-24.78dB，在 24.548GHz可达最大吸收峰值99.73％，且可在19.506-29.757GHz波段实现大于90％的宽频吸收，保持吸收率大于90％的带宽约为10.251GHz，所以其具有很好的微波吸收能力。
实施例2：
根据本发明的一个实施例如图13所示，其整体结构示意图如图13(a)所示，由顶部第一层单层石墨烯层、第二层透明二氧化硅、第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层、第四层透明二氧化硅、第五层金属网栅层构成，其中第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层的结构示意图如图13(b)所示。本实施例中集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅均采用三角分布圆环及子圆环阵列网栅；交错角为20°；孔径型频率选择表面选择十字孔径型频率选择表面；贴片型频率选择表面选择为十字贴片型频率选择表面；所选取的石墨烯方阻约为327Ω，单层石墨烯的透光率约为97.7％；透明二氧化硅介电常数为ε1＝3.75；相变材料采用温控相变材料二氧化钒，当温度小于相变温度时，二氧化钒为绝缘态方阻大于1000Ω，当温度大于相变温度时，二氧化钒为金属态，方阻小于50 Ω，在温度达到相变温度时，二氧化钒可在皮秒时间尺度从绝缘态转换成金属态；金属和相变材料的厚度均为400nm；金属和相变材料采用图9(a)直接连接的方式进行连接；所采用的金属为铝。所用的相变材料的温度驱动是由外部电压施加给引线从而使栅网化孔径型频率选择表面发热，造成温度上升至相变温度。
由于透明微波吸收光窗的重要参数之一为透光率，因此对实施例2样件的透光率进行分析，石墨烯层3的透光约为97.7％；集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅所采用的三角分布圆环及子圆环阵列网栅的透光率为96.9％；栅网化贴片型频率选择表面的透光损耗为2.28％，栅网化孔径型频率选择表面的透光损耗为0.42％相变材料在金属态的透光较差仅为30％，由于所用相变材料总面积仅0.309％，由此，相变材料的总损耗为0.21％，集成相变材料的电控可调频率选择表面层7的透光为97.09％。综上所述，结构的整体透光率大于91.92％。远大于目前报道的透明微波吸收器件的透光率，在对透明性要求高的场合也同样适用。
本发明的效果可通过图14和15进一步说明：
采用不同的温度值，对本实施例进行反射特性和微波吸收率的仿真，得到的反射特性如图14所示，得到的吸收率结果如图15所示。从图14、15中可以看出，当未通电，温度低于相变温度T时，反射的频带的中心频率在20.348GHz处，且其通带的反射损耗仅-0.27dB，结构的峰值吸收率在27.362GHz可达99.82％，次峰值吸收率在17.618GHz也可达到99.5％，从图中可以看出在反射频带的带外抑制以吸收为主；；当通电后，温度高于相变温度T时，光窗的反射频带产生平移，反射频带的中心频率在29.724GHz处，且其通带的反射损耗仅-0.59dB，结构的峰值吸收率在32.402GHz可达99.99％，次峰值吸收率在22.658GHz也可达到99.64％，所以其反射频带的带外抑制以吸收为主。
实施例3：
根据本发明的一个实施例如图16所示，其整体结构示意图如图16(a)所示，由顶部第一层单层石墨烯层、第二层透明二氧化硅、第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层、第四层透明二氧化硅、第五层金属网栅层构成，其中第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层的结构示意图如图16(b)所示。本实施例中集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅均采用三角分布圆环及子圆环阵列网栅；交错角为20°；孔径型频率选择表面选择十字孔径型频率选择表面；贴片型频率选择表面选择为偶极子贴片型频率选择表面；所选取的石墨烯方阻约为327Ω，单层石墨烯的透光率约为97.7％；透明二氧化硅介电常数为ε1＝3.75；相变材料采用二氧化钒，当相变材料处于绝缘态时，其方阻大于 1000Ω，当相变材料处于金属态时，其方阻小于50Ω，二氧化钒可在皮秒时间尺度从绝缘态转换成金属态；金属和相变材料的厚度均为400nm；金属和相变材料采用图9(a)直接连接的方式进行连接；所采用的金属为铝。
由于透明微波吸收光窗的重要参数之一为透光率，因此对实施例3样件的透光率进行分析，石墨烯层3的透光约为97.7％；集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅所采用的三角分布圆环及子圆环阵列网栅的透光率为96.9％；栅网化贴片型频率选择表面的透光损耗为2.27％，栅网化孔径型频率选择表面的透光损耗为0.098％相变材料在金属态的透光较差仅为30％，由于所用相变材料总面积仅2.17％，由此，相变材料的总损耗为1.52％，集成相变材料的电控可调频率选择表面层7的透光为96.112％。综上所述，结构的整体透光率大于90.99％。远大于目前报道的透明微波吸收器件的透光率，在对透明性要求高的场合也同样适用。
本发明的效果可通过图17和18进一步说明：
采用不同的温度值，对本实施例进行反射特性和微波吸收率的仿真，得到的反射特性如图17所示，得到的吸收率结果如图18所示。从图17、18中可以看出，当相变材料处于绝缘态时，反射频带的中心频率在17.846GHz处，且其通带的反射损耗仅-0.23dB，结构的峰值吸收率在13.704GHz可达99.46％，次峰值吸收率在21.988GHz也可达到99.44％，从图中可以看出在反射频带的带外抑制以吸收为主；当相变材料处于金属态时，光窗通带产生平移，在低温的反射频带(17.846GHz)处反射损耗变为-21.11dB，其吸收曲线在17.238GHz可达最大吸收峰值99.49％，且可在13.446-20.941GHz波段实现大于90％的宽频吸收，保持吸收率大于 90％的带宽约为7.495GHz，所以其具有很好的微波吸收能力。
实施例4
根据本发明的一个实施例如图19所示，其整体结构示意图如图19(a)所示，由顶部第一层单层石墨烯层、第二层透明二氧化硅、第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层、第四层透明二氧化硅、第五层金属网栅层构成其中第三层集成相变材料的电控可调频率选择表面层的结构示意图如图19(b)所示。本实施例中集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅均采用三角分布圆环及子圆环阵列网栅；交错角为20°；孔径型频率选择表面选择十字孔径型频率选择表面；贴片型频率选择表面选择四个成中心对称的偶极子贴片型频率选择表面；利用了两种相变温度不同的相变材料，其中灰色贴片代表相变材料为T1的相变材料，灰横杠贴片代表相变材料为T2的相变材料，所述两种相变材料在温度小于相变温度后，呈绝缘态，两种相变材料的方阻均小于50Ω，所述两种相变材料在温度大于相变温度后，呈金属态，两种相变材料的方阻均方阻大于1000Ω，在温度达到相变温度时，两种相变材料的方阻均可在皮秒时间尺度从绝缘态转换成金属态；所选取的石墨烯方阻约为327Ω，单层石墨烯的透光率约为97.7％；透明二氧化硅介电常数为ε1＝3.75；金属和相变材料的厚度均为400nm；金属和相变材料采用图9(a)直接连接的方式进行连接；所采用的金属为铝。所用的相变材料的温度驱动是由外部电压施加给引线从而使栅网化孔径型频率选择表面发热，造成温度上升至两种不同的相变温度。
由于透明微波吸收光窗的重要参数之一为透光率，因此对实施例4样件的透光率进行分析，石墨烯层3的透光约为97.7％，集成相变材料的电控可调频率选择表面层和金属网栅层所用的金属网栅所采用的三角分布圆环及子圆环阵列网栅的透光率为96.9％；栅网化贴片型频率选择表面的透光损耗为2.28％，栅网化孔径型频率选择表面的透光损耗为0.15％，两种相变材料在金属态的透光较差仅为30％，由于所用相变材料总面积仅2.6％，由此，相变材料的总损耗为1.84％，集成相变材料的电控可调频率选择表面层7的透光为95.73％。综上所述，结构的整体透光率大于90.63％。远大于目前报道的透明微波吸收器件的透光率，在对透明性要求高的场合也同样适用。
本发明的效果可通过图20和21进一步说明：
采用不同的温度值，对本实施例进行反射特性和微波吸收率的仿真，得到的反射特性如图20所示，得到的吸收率结果如图21所示。从图20、21中可以看出，当温度低于T1时，反射频带的中心频率在39.21GHz处，且其通带的反射损耗仅0.311dB，结构的峰值吸收率在46.905GHz可达99.999％，次峰值吸收率在30.12GHz也可达到99.48％，从图中可以看出在反射频带的带外抑制以吸收为主；当温度高于T1但小于T2时，反射的频带的中心频率平移到33.855GHz处，且其通带损耗仅-0.2775dB，结构的峰值吸收率在43.035GHz可达99.92％，次峰值吸收率在28.05GHz也可达到99.47％，同样从图中可以看出反射频带的带外抑制以吸收为主；而当温度高于T2时，光窗的反射频带继续平移，在温度低于T1时的反射频带(39.21GHz)处反射损耗变为-18.738dB，其吸收曲线在37.005GHz可达最大吸收峰值99.75％，且可在29.36-44.799GHz波段实现大于90％的宽频吸收，保持吸收率大于90％的带宽约为 15.439GHz，所以其具有很好的微波吸收能力。
从实施例1、3和4可以看出，通过设计不同结构或尺寸，使得光窗通带在相变材料为绝缘态时，也可以设计不同的工作频率，当设计好了相变材料在绝缘态时的工作频率，可以通过设计不同的相变材料贴片的位置来实现不同反射频率的平移。从实施例1和2中，在相同的结构中也可以通过设计不同的相变材料贴片的位置来实现不同反射频率的平移。从实施例 4中可以看出，如果栅网化贴片型频率选择表面是由多个栅网化贴片型频率选择表面组成，则各个栅网化贴片型频率选择表面之间或者栅网化贴片型频率选择表面与栅网化孔径型频率选择表面之间至少连接一片相变材料贴片，在相变材料为金属态时，所有栅网化贴片型频率选择表面和栅网化孔径型频率选择表面互相连通，就仍然可以实现反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗。从实施例4中还可以看出，可以通过应用相变温度不同的相变材料，可产生多种可调的反射特性。除此之外，还有通过对相变材料贴片数量的控制、以及空间布置方式的改变，可产生多种可调的反射特性。
以上描述仅是本发明的四个具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述光窗由依次重叠且平行配置的石墨烯层(3)、透明介质层A(5)、集成相变材料的电控可调频率选择表面层(7)、透明介质层B(9)和金属网栅层(11)装配构成；所述集成相变材料的电控可调频率选择表面层(7)由集成相变材料的频率选择表面(71)、在集成相变材料的频率选择表面(71)金属表面两侧边缘部分分别设置的金属电极(72)和与金属电极(72)连通的引线(73)构成；所述金属电极(72)的长度和宽度大于引线(73)的横截面的长度和宽度且与集成相变材料的频率选择表面(71)的金属部分连通；所述的集成相变材料的频率选择表面(71)包括m×n个周期性密接排布的集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)，m≥2，n≥2；所述的集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)由栅网化孔径型频率选择表面(75)、栅网化贴片型频率选择表面(76)和相变材料贴片(77)组成，栅网化孔径型频率选择表面(75)和栅网化贴片型频率选择表面(76)金属覆盖部分无重合处；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)内仅包含一片栅网化贴片型频率选择表面(76)，则至少1片相变材料贴片(77)将栅网化孔径型频率选择表面(75)和栅网化贴片型频率选择表面(76)连接；若集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)内包含多个栅网化贴片型频率选择表面(76)，则每个栅网化贴片型频率选择表面(76)至少与栅网化孔径型频率选择表面(75)通过1片相变材料贴片(77)直接连接，或至少与其它一个栅网化贴片型频率选择表面(76)通过至少1片相变材料贴片(77)连接并间接连接到栅网化孔径型频率选择表面(75)，且相变材料贴片(77)在连接处宽度大于150nm，确保在相变材料为金属态时，所有栅网化贴片型频率选择表面(76)和栅网化孔径型频率选择表面(75)互相连通；集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)中相变材料贴片(77)的总面积比t小于0.04；所述的栅网化孔径型频率选择表面(75)是指在金属网栅上由孔径单元按照二维阵列周期排布构成，且在孔径单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征；所述的栅网化贴片型频率选择表面(76)是指在衬底表面上由金属网栅组成的贴片单元按照二维阵列周期排布构成，且在贴片单元边缘部分保留金属线条宽度大于等于金属网栅线条宽度的金属线条以保持边缘形状特征；所述金属网栅是指由网栅单元按二维阵列排布构成的栅网状微细金属结构；所述相变材料是指可在温度的驱动下实现绝缘态到金属态可逆变化的材料，实现绝缘态到金属态的温度为相变温度；所述集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)中相变材料贴片(77)的总面积比t是指在一个集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)内，相变材料贴片(77)的总面积与集成相变材料的频率选择表面阵列单元(74)面积的比值；所述的金属网栅层(11)由金属网栅构成；所述频带可电控调节的高透光微波吸收光窗在未通电时，集成相变材料的电控可调频率选择表面层(7)不发热，相变材料为绝缘态，光窗为微波波段内特定频带反射器，当引线(73)开始通电时，集成相变材料的电控可调频率选择表面层(7)开始发热，待发热到相变温度，相变材料变为金属态，光窗的反射频带产生频移。
2.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述相变材料包括二氧化钒、三氧化二钒、氧化钒。
3.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述的孔径单元形状包括十字孔形、圆孔形、方孔形、Y孔形、耶路撒冷孔形、六边孔形、偶极子孔形、锚形孔。
4.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述的贴片单元形状包括十字形、Y形、圆形、方形、耶路撒冷形、六边形、偶极子形、锚形。
5.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述金属网栅包括方格网栅、圆环网栅、三角分布圆环及子圆环阵列网栅、基于随机分布圆环的金属网栅、基于多周期金属圆环嵌套阵列网栅。
6.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述相变材料与栅网化频率选择表面的连接包括直接连接、覆盖连接和镶嵌连接，相变材料的厚度大于150nm。
7.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述透明介质层A(5)和透明介质层B(9)可以为任意透明材料，只要能够作为满足使用场合要求的透明光窗材料，包括普通玻璃、石英玻璃、红外材料及透明树脂材料。
8.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：所述的栅网化孔径型频率选择表面(75)、栅网化贴片型频率选择表面(76)和金属网栅层(11)中金属网栅的金属线条宽度为微米量级或亚微米量级；所述的金属电极(72)的长度和宽度为毫米量级；所述的栅网化孔径型频率选择表面(75)、栅网化贴片型频率选择表面(76)、金属网栅层(11)和金属电极(72)均由导电性能良好的金属构成，且金属厚度大于100nm。
9.根据权利要求1所述的一种反射频带可电控调节的高透光微波吸收光窗，其特征在于：金属网栅层(11)所用的金属网栅和栅网化孔径型频率选择表面(75)所用的金属网栅是同一种网栅时，所用金属网栅可以对称放置或者旋转交错排列放置；所述的旋转交错排列是指由透明介质层B(9)隔开的金属网栅层(11)所用的金属网栅与集成相变材料的电控可调频率选择表面层(7)中栅网化孔径型频率选择表面(75)和栅网化贴片型频率选择表面(76)所用的金属网栅按非对称放置时，两层金属网栅之间具有相对旋转，相对旋转角度为交错角；所述的交错角选取范围为1°～179°。
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