CN113224543B - 一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面 - Google Patents
一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113224543B CN113224543B CN202110450209.8A CN202110450209A CN113224543B CN 113224543 B CN113224543 B CN 113224543B CN 202110450209 A CN202110450209 A CN 202110450209A CN 113224543 B CN113224543 B CN 113224543B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ito
- infrared
- microwave
- visible light
- frequency band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 claims description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 7
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 abstract description 4
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 abstract 1
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
- H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明提供一种可见光‑红外‑微波三频段兼容的超表面，包括亚克力板；亚克力板的上下两面均贴附有涤纶树脂结构，每个涤纶树脂结构横向和竖向均均匀刻蚀有第一ITO线，将涤纶树脂结构划分成若干个ITO结构；通过对结构参数的优化设计，设计具有较高占空比的ITO结构；在可见光频谱，由于使用的材料为透明材料，因此所设计的样件具有光学透明特性；在红外频谱，所设计的结构具有高ITO占空比的属性，因此具有较低的红外发射率；在微波频段，通过极化转化和电磁波的吸收机理共同实现了同极化的反射率的缩减。该结构可以根据不同的载体进行定制，实现多频谱伪装的功能，其制作基于激光雕刻方法实现，成本较低，加工精度较高，具有较强的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于多频谱兼容技术领域，涉及一种可见光-红外-微波三频段兼 容的超表面。
背景技术
随着探测技术的快速发展，空间中的电磁环境逐渐趋于复杂化。反探测 技术的发展也得到了快速的发展。在复杂的电磁环境中，单一频谱的伪装难 以满足隐身的需求。因此，多频谱兼容的隐身技术受到越来越多的关注，其 相关技术的研究也吸引了大量的研究者对其进行研究，并逐步成为一个研究 热点。可见光、红外和微波的隐身技术作为当前比较热门的研究领域，其三 者之间的兼容受到了诸多的关注。
超材料是近年来学术界的研究热点之一，它具备一些天然材料所不具备 的超常物理性质，其作为一种由亚波长的周期性单元结构组成的人工周期性 材料，当工作波长远大于所设计的结构单元的尺寸时，具有等效的介电常数 和磁导率。通过设计其表面结构可以灵活的调控超材料的等效介电常数和等 效磁导率，进而可以实现异常偏折、完美吸收等超常物理特性。因此，超材 料结构的设计为调控电磁波提供了巨大的便利。
红外探测系统是可以对物体发射的红外线(红外辐射)进行感光成像的 系统，通过颜色的不同可以体现红外辐射的强弱。很多目标，尤其是拥有大 功率的设备，会产生大量的热量，导致局部温度升高，红外辐射较强，极易 被红外探测设备发现。常用的红外隐身技术包括控制材料的发射率、控制目 标表面温度、释放干扰剂等方式。这些方式往往无法兼顾其他频段的特性。
微波隐身的主要参数是雷达截面积(Radar Cross Section，简称RCS)， 通过降低目标的雷达截面积可以降低目标被探测的距离。而实现RCS缩减的 机理多种多样，采用多机理复合的方式可以有效的拓展微波频段隐身的带宽。
随着探测技术的发展，多种探测手段被逐步应用于各种领域。为了应对 日趋复杂的电磁空间环境，多频谱兼容隐身技术成为了研究热点。在多种隐 身技术中，红外隐身一般要求材料具有低发射率，根据基尔霍夫定律也就是 低吸收率；而雷达隐身则要求材料具有较高的吸收率，这就导致了两者在隐 身原理上产生了矛盾，增加了红外和雷达兼容隐身的难度，使其成为了研究 的一个热点问题。
为此，本发明提出一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种可见光-红外-微波三频段兼容的超 表面。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，包括亚克力板；所述亚克 力板的上下两面均贴附有PET膜，每个所述PET膜横向和竖向均匀刻蚀有 多个第一ITO线，划分成多个网格，每个所述网格为一个ITO结构；
每个所述ITO结构的中间均刻蚀有矩形ITO，所述矩形ITO的一个端点 沿所述ITO结构的一个端点刻蚀有第二ITO线。
优选地，每个所述ITO结构的边长为a＝5.4mm，所述亚克力板的厚度为 d1＝2mm，其相对介电常数εr＝2.25，损耗角正切tanδ＝0.001。
优选地，所述第一ITO线的宽度为0.2mm，所述矩形ITO的边长为 b＝1.5mm，所述第二ITO线的宽度为e＝0.11mm，所述矩形ITO的宽度为 0.25mm。
优选地，所述第一ITO线、第二ITO线和矩形ITO的阻值为10Ω。
本发明有益效果：本发明所提出的超表面结构三频段均兼容，通过使用 透明材料实现了可见光透明性，设计高占空比ITO结构实现了红外低发射率， 优化表面结构复合多种机理降低同极化反射率实现微波频段的回波缩减，制 作工艺简单，设计结构简单，具有强的实用性。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明实施例中超表面的示意图；
图2是本发明实施例中的结构示意图；
图3是本发明实施例中光学透明度测试数据统计图；
图4是本发明实施例中红外发射率测试数据统计图；
图5是本发明实施例中红外辐射性能表征图；
图6是本发明实施例中微波反射率测试数据统计图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，如图1-6所示，包括亚克 力板PMMA；PMMA的上下两面均贴附有涤纶树脂PET结构，每个PET 结构横向和竖向均均匀刻蚀有第一ITO线(氧化铟锡)，将PET结构划分 成若干个ITO结构；
每个ITO结构的中间均刻蚀有矩形ITO，矩形ITO的一个端点沿ITO 结构的端点刻蚀有第二ITO线。
本实施例中，
如图2结构设计图所示，(a)图显示了单个ITO结构的平面图，(b) 图显示了ITO结构的截面图；每个ITO结构的边长为a＝5.4mm，介质基板 即亚克力板PMMA的厚度为d1＝2mm，其相对介电常数εr＝2.25，损耗角正 切tanδ＝0.001；第一ITO线围绕成矩形的内边长为c＝5mm，故第一ITO线 宽度为0.2mm；矩形ITO的外边长为b＝1.5mm，内边长为d＝1mm，故矩形 ITO的宽度为0.25mm；第二ITO线的宽度为e＝0.11mm；第一ITO线、第 二ITO线和矩形ITO的阻值为10Ω。
在实验室条件下进行光学透过性测试，如图3所示，测试了400-800nm 波长范围内透过率。由测试结果可以看出，PMMA透过率大于90％以上；ITO 与结构层的平均透过率约为65％；超表面整体的透过率约为45％，可见光有 较好的透过率；
红外发射率的测试如图4所示，设置平均发射率为0.34。图4显示了使 用光谱仪对3-14μm的发射率的测试，可以看出在整个红外波段整体的发射 率约为0.3；由此可知，本发明设计的高占空比ITO结构实现了红外低发射 率；
热辐射性能的测试如图5所示，(a)图为加热台样品摆放示意图，(b) 图中，当加热到100度时，使用红外热成像仪热成像仪对红外热辐射性能的 测试，从图5中可以明显的看出所设计的结构具有较低的红外热辐射；
微波的性能测试如图6所示，(a)图为微波暗室的测试环境，(b)为 在不同入射角度下的同极化反射率的仿真曲线，(c)图为X波段吸收率， 同极化反射率，交叉极化反射率的仿真图，(d)图为同极化反射率的测试 结果；从仿真和测试结果图来看，超表面具有良好的同极化反射率缩减性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，包括亚克力板；所述亚克力板的上下两面均贴附有PET膜，每个所述PET膜横向和竖向均匀刻蚀有多个第一ITO线，划分成多个网格，每个所述网格为一个ITO结构；
每个所述ITO结构均包括ITO网格、中间的矩形ITO、连接所述矩形ITO的一个端点和ITO网格的一个端点的第二ITO线；每个所述ITO结构形状均相同；实现了可见光频段的透明性、红外频段的低发射率、微波频段的回波缩减。
2.根据权利要求1所述的可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，每个所述ITO结构的边长为a=5.4mm，所述亚克力板的厚度为d1=2mm，其相对介电常数
=2.25，损耗角正切
=0.001。
3.根据权利要求2所述的可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，所述第一ITO线的宽度为0.2mm，所述矩形ITO的边长为b=1.5mm，所述第二ITO线的宽度为e=0.11mm，所述矩形ITO的宽度为0.25mm。
4.根据权利要求3所述的可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，所述第一ITO线、第二ITO线和矩形ITO的阻值为10Ω。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110450209.8A CN113224543B (zh) | 2021-04-25 | 2021-04-25 | 一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110450209.8A CN113224543B (zh) | 2021-04-25 | 2021-04-25 | 一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113224543A CN113224543A (zh) | 2021-08-06 |
| CN113224543B true CN113224543B (zh) | 2022-08-02 |
Family
ID=77088908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110450209.8A Expired - Fee Related CN113224543B (zh) | 2021-04-25 | 2021-04-25 | 一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113224543B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115236777A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种可见光透明的红外/激光兼容隐身器件 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017010342A1 (ja) * | 2015-07-10 | 2017-01-19 | シャープ株式会社 | 酸化物半導体膜のエッチング方法および半導体装置の製造方法 |
| CN108346860A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-07-31 | 中国人民解放军空军工程大学 | —种以水为损耗介质的可透光的结构型宽带吸波材料 |
| CN111048908A (zh) * | 2018-10-12 | 2020-04-21 | 南京大学 | 一种光学透明型宽带超表面Salisbury屏吸波结构设计方法 |
| WO2020180715A1 (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | The Regents Of The University Of Michigan | Ultra-thin conductor based semi-transparent electromagnetic interference shielding |
| CN112009039A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-01 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法 |
| WO2021022880A1 (zh) * | 2019-08-05 | 2021-02-11 | 深圳光启尖端技术有限责任公司 | 一种吸透波超材料结构及飞行器 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8599489B2 (en) * | 2007-02-26 | 2013-12-03 | Purdue Research Foundation | Near field raman imaging |
| JP2013533754A (ja) * | 2010-04-12 | 2013-08-29 | タフツ・ユニバーシティ | 絹電子部品 |
| US10871352B2 (en) * | 2015-10-30 | 2020-12-22 | The Regents Of The University Of California | Metasurface device for cloaking and related applications |
| KR102474708B1 (ko) * | 2015-11-27 | 2022-12-06 | 삼성전자주식회사 | 빔 스티어링 소자 및 이를 포함하는 시스템 |
| CN106711271B (zh) * | 2017-02-03 | 2019-09-06 | 江西师范大学 | 基于半导体超表面结构的三频带近红外吸收器 |
| US11177577B2 (en) * | 2017-02-21 | 2021-11-16 | 3M Innovative Properties Company | Passive repeater device, microwave network, and method of designing a repeater device |
| CN108061929B (zh) * | 2017-12-13 | 2020-06-05 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料 |
| CN110703370B (zh) * | 2019-10-09 | 2020-12-18 | 浙江大学 | 一种多波段兼容散热功能性红外隐身材料 |
| CN111129784A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-08 | 南京航空航天大学 | 一种适用于太阳能电池阵的高透光率超宽带低散射超表面 |
| CN112622391B (zh) * | 2020-11-02 | 2023-01-17 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种光学透明超宽带雷达与红外双隐身结构 |
| CN112636000B (zh) * | 2020-12-08 | 2022-03-25 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种具有红外低发射的超复合材料 |
-
2021
- 2021-04-25 CN CN202110450209.8A patent/CN113224543B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017010342A1 (ja) * | 2015-07-10 | 2017-01-19 | シャープ株式会社 | 酸化物半導体膜のエッチング方法および半導体装置の製造方法 |
| CN108346860A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-07-31 | 中国人民解放军空军工程大学 | —种以水为损耗介质的可透光的结构型宽带吸波材料 |
| CN111048908A (zh) * | 2018-10-12 | 2020-04-21 | 南京大学 | 一种光学透明型宽带超表面Salisbury屏吸波结构设计方法 |
| WO2020180715A1 (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | The Regents Of The University Of Michigan | Ultra-thin conductor based semi-transparent electromagnetic interference shielding |
| WO2021022880A1 (zh) * | 2019-08-05 | 2021-02-11 | 深圳光启尖端技术有限责任公司 | 一种吸透波超材料结构及飞行器 |
| CN112009039A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-01 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种红外、微波兼容的低可探测性结构材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于智能算法的超材料快速优化设计方法研究进展;贾宇翔;《雷达学报》;20210419;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113224543A (zh) | 2021-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Quevedo-Teruel et al. | Roadmap on metasurfaces | |
| Zhang et al. | Transparently curved metamaterial with broadband millimeter wave absorption | |
| CN111367000B (zh) | 一种同时实现激光低反射、红外低辐射与微波高吸收的层状结构 | |
| Yuan et al. | RCS reduction based on concave/convex-chessboard random parabolic-phased metasurface | |
| Zhang et al. | Compact high-performance lens antenna based on impedance-matching gradient-index metamaterials | |
| CN108061929B (zh) | 一种红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料 | |
| Yin et al. | Direct radiations of surface plasmon polariton waves by gradient groove depth and flaring metal structure | |
| Xu et al. | An octave-bandwidth half Maxwell fish-eye lens antenna using three-dimensional gradient-index fractal metamaterials | |
| Meng et al. | Optically transparent coding metasurface with simultaneously low infrared emissivity and microwave scattering reduction | |
| Li et al. | Luneburg lens with extended flat focal surface for electronic scan applications | |
| Meng et al. | Multi-spectral functional metasurface simultaneously with visible transparency, low infrared emissivity and wideband microwave absorption | |
| Wang et al. | Design of nonresonant metasurfaces for broadband RCS reduction | |
| Chou et al. | The double-focus generalized Luneburg lens design and synthesis using metasurfaces | |
| Zhuang et al. | Flexible and polarization-controllable diffusion metasurface with optical transparency | |
| CN113224543B (zh) | 一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面 | |
| Jain et al. | Flat-base broadband multibeam Luneburg lens for wide-angle scan | |
| Zhuang et al. | Ultra-wideband RCS reduction using novel configured chessboard metasurface | |
| Konstantinidis et al. | Broadband near-zero index metamaterials | |
| Cui et al. | Visible Transparent Wideband Microwave Meta‐Absorber with Designable Digital Infrared Camouflage | |
| Wang et al. | Single-layer metasurface: Optical transparency, microwave scattering reduction and infrared emissivity decrease | |
| Tian et al. | Low-profile and wide-band RCS-reduction antenna array based on the metasurface polarization converter | |
| Ran et al. | Optically transparent ultrawideband electromagnetic stealth metasurface for microwave absorption and scattering | |
| Luo et al. | Optical transparent metamaterial structure for microwave–infrared-compatible camouflage based on indium tin oxide | |
| Qi et al. | A coarsely discretized Huygens' metasurface for anomalous transmission | |
| Chen et al. | Truncated 2D Gutman Lens Antenna with Planar Feeding Surface for Stable Wide-Angle Beam Scanning in Millimeter-Wave Band |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220802 |