CN113506996B - 一种微波低反射的温度控制单元、超结构和设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种微波低反射的温度控制单元、超结构和设计方法，温度控制单元包含：顶层；底层，与顶层相对设置，包括距离顶层由近及远叠置的第一层体、金属反射层和第二层体；第一层体和第二层体设置导流过孔，使导流电路延伸至底层上背向顶层的一侧；金属反射层设置贯穿孔，使得导流电路与金属反射层绝缘隔离；至少一个半导体元件，设置于顶层与底层之间，并与导流电路相连，以提供顶层与底层间的热传导路径。通过对超结构中的温度控制单元进行特定排布，可对反射电磁波的相位进行有效地调制，从而实现表面温度的调节和微波的低反射双重功能，且该超结构制作工艺成熟、成本低、使用方便，有效地解决红外、微波兼容的难题。

Description

一种微波低反射的温度控制单元、超结构和设计方法
技术领域
本发明涉及电磁波相位调控的技术领域，具体涉及一种实现表面温度可调的具有微波低反射的珀耳帖温度控制单元和超结构及其设计方法。
背景技术
在现有的探测手段中，以微波、红外为代表的探测手段占据主导位置，因此，发展红外-微波兼容电磁材料具有重要的现实意义。
红外-微波兼容电磁材料的技术要求是：尽量降低物体的微波反射信号，同时缩小物体与背景的热辐射差异。目前实现红外、微波兼容的主要技术途径是将红外低发射率材料与微波吸波材料相互叠加复合，使之形成两种性能兼备的电磁材料。现有的红外电磁材料主要集中在低发射率材料研究上，如红外低发射率涂层、金属频率选择表面等。如中国发明专利CN106183315B公开了一种红外-雷达兼容型材料及其制备方法，该材料从上至下依次包括低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层。2017年第5期《功能材料》期刊中公开文献“一种基于超材料的雷达红外兼容隐身材料设计与验证”，设计了一种频率选择表面和电阻型周期表面双层超材料结构形式的雷达-红外兼容材料。这些红外低发射率涂层、金属频率选择表面材料或者与微波兼容性差，或者结构复杂、加工制作成本高，并且这些低发射率材料一旦确定，材料的红外特性固定无法调节。因此，需要开展更加理想的红外-微波兼容电磁材料研究。
珀耳帖制冷片是一种全固态制冷结构，不仅结构简单，并且可以通过加载的电流大小方便地调节表面的温度，因此，在红外电磁领域将有着重要的应用潜力。但珀耳帖制冷片一般由盖板、半导体晶粒和导流电路组成，这些材料要么是低损耗介质材料，要么是高反射材料，无法实现对微波的有效吸收。
因此，如何同时实现微波低反射与表面温度可调，获得一种性能优异、结构简单、制作成本低的红外-微波兼容电磁结构，成为多谱段兼容领域的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波低反射的珀耳帖温度控制超结构，用简单的结构，通过对超结构中的温度控制单元进行特定排布，可对反射电磁波的相位进行有效地调制，从而实现表面温度的调节和微波的低反射双重功能。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种微波低反射的珀耳帖温度控制单元，包含：顶层；底层，与顶层相对设置，包含距离顶层由近及远叠置的第一层体、金属反射层和第二层体；第一层体和第二层体上设置导流过孔，导流过孔内设置有导流电路，导流电路延伸至底层上背向顶层的一侧；金属反射层设置贯穿孔，导流电路穿过贯穿孔并与金属反射层绝缘隔离；至少一个半导体元件，设置于顶层与底层之间，并与导流电路相连，以提供顶层与底层间的热传导路径。
进一步地，金属反射层贯穿孔上方设置金属挡片，金属挡片与导流电路相连，并与金属反射层绝缘隔离，金属挡片完全或部分覆盖金属反射层的贯穿孔。
进一步地，半导体元件包括P型半导体晶粒和N型半导体晶粒，第一导流电路设置在顶层下表面，第二导流电路和第三导流电路设置在第一层体上表面；第二导流电路、P型半导体晶粒、第一导流电路、N型半导体晶粒、第三导流电路和导流电路组成了温度控制单元完整电路。
进一步地，第一导流电路、第二导流电路、第三导流电路除与半导体元件相连的区域外，其他区域均被绿油覆盖；底层上背向顶层的一侧，除导流电路与外部电路相连的区域外，其他区域均被绿油覆盖。
进一步地，金属反射层采用印刷电路板工艺加工在第二层体上，第一层体与金属反射层通过半固化片相连；半导体元件为碲化铋半导体晶粒。顶层、第一层体和第二层体为导热性能良好的材料。
本发明的再一方面提供了一种微波低反射的珀耳帖温度控制超结构，包含：
多个子单元，子单元按网格结构排布组成超结构；
子单元包含多个相同的如上所述的温度控制单元，温度控制单元周期排布组成子单元。
进一步地，子单元为方形，并包括两种编码单元，分别为“0”编码单元和“1”编码单元；“0”编码单元包含M×Z个温度控制单元，M和Z均为非零正整数；“1”编码单元，为“0”编码单元以其中心点旋转90°得到；“0”编码单元和“1”编码单元反射相位差满足180°±37°。
进一步地，超结构的编码单元排布方式为010101…/101010…或010101…/010101…。
本发明的又一方面提供了微波低反射的珀耳帖温度控制超结构的设计方法，包括以下步骤：
S1、优化设计温度控制单元的结构尺寸和半导体元件结构尺寸、数量、间隔尺寸的初始值和半导体元件排布结构；
S2、M×Z个相同温度控制单元组成方形“0”编码单元，将“0”编码单元以其中心点旋转90°得到“1”编码单元；
S3、将“0”编码单元和“1”编码单元进行网格状排布得到所需的超结构。
更具一般性，步骤S3中获得编码单元排布设计步骤为：
S31、在平面波垂直照射由编码单元组成的超结构时，超结构的远场方向函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
式（1）中，θ和φ分别为平面波矢量方向对应的天顶角和方位角，k为平面波在自由空间中的波数，D为编码单元周期长度，A mn 和φ(m,n)对应超结构中第m排n列对应的编码单元散射幅度和相位，f mn (θ,φ)为第m排n列对应的编码单元远场方向图函数，j为虚数单位。
S32、超结构的方向系数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）
通过式（2）计算出任意编码单元排布的超结构散射方向图；
S33、在预设的频段范围内，根据散射方向图，对编码单元排布进行优化，获得最优的编码单元排布。
本发明通过将温度控制单元设置成珀耳帖制冷片形式，不仅结构简单，并且可以通过控制加载电流的大小调节表面的温度，缩小物体与环境间的热辐射差异；并且通过对传统珀耳帖制冷片的结构进行改造，增设金属反射层与挡片；以及将有多个温度控制单元组成的子单元进行编码排布组成超结构，将微波散射到不同的方向实现了微波的低反射，解决了多谱段红外-微波兼容的难题。
附图说明
通过下面结合示例性地示出附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1为本发明公开实施例中一种微波低反射的珀耳帖温度控制单元结构示意图；
图2为本发明公开实施例一中温度控制单元立体结构示意图；
图3为本发明公开实施例一中温度控制超结构平面示意图；
图4为本发明公开实施例一中基本单元极化转化仿真结果；
图5为本发明公开实施例一中基本单元电热性能仿真结果；
图6为本发明公开实施例一中温度控制超结构双站RCS仿真结果；
图7位本发明公开实施例一中温度控制超结构垂直反射率仿真结果；
图8为本发明公开实施例二中温度控制超结构垂直反射率仿真结果；
图9为本发明公开实施例三中基本单元极化转化仿真结果；
图10为本发明公开实施例三中基本单元电热性能仿真结果；
图11为本发明公开实施例三中温度控制超结构垂直反射率仿真结果；
图12为本发明公开实施例四中温度控制超结构垂直反射率仿真结果；
附图标记：
11-P型半导体晶粒；12-N型半导体晶粒；21-第一导流电路；22-第二导流电路；23-金属挡片；24-金属反射层；25-导流电路；26-贯穿孔；27-底层导流电路；31-顶层；32-第一层体；33-半固化片；34-第二层体；41-基本单元；42-子单元；43-超结构。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1示意性示出了根据本公开实施例中的一种低反射的珀耳帖温度控制单元结构示意图；
参照图1，一种微波低反射特性的珀耳帖温度控制单元，包含顶层31，与顶层31相对设置的底层，和至少一个半导体元件；顶层31可选取导热系数高的材料，本实施例中为高导热系数的层压板；底层包括叠置的第一层体32、金属反射层24和第二层体34；第一层体32和第二层体34也可选取导热系数高的材料，本实施例中为高导热系数的层压板；第一导流电路21附在顶层31下表面，第二导流电路22和第三导流电路设置在第一层体32上表面，金属反射层24和底层导流电路27分别设置在第二层体34上下表面；第一层体32和金属反射层通过半固化片33相连；导流电路25将第一导流电路21、第二导流电路22、第三导流电路、金属挡片23、底层导流电路27连接在一起，构成完整的导流通路；金属反射层24上设置有多个贯穿孔26，用于导流电路25穿过金属反射层并将金属反射层24与整个导流电路25绝缘隔离，避免珀耳帖温度控制单元出现短路的情况；底层导流电路27可与外部电路相连，用于向温度控制超结构加载所需的电流大小，通过控制加载电流的大小进而调节顶层的表面温度。本实施例中采用的是将金属反射层24上的贯穿孔26的尺寸设置成大于贯穿孔26中导流电路25的尺寸，用于金属反射层24与导流电路25间的绝缘；同时，也可采用在贯穿孔26与导流电路25间设置绝缘材料等其他方式实现绝缘隔离。
本实施例中，为了降低金属反射层24上的多个贯穿孔26对温度控制单元反射特性的影响，在该贯穿孔26的上方设置金属挡片23，该金属挡片23与导流电路25相导通，可部分或完全覆盖金属反射层24的贯穿孔26，完全覆盖时，能最大限度的降低金属反射层贯穿孔26对温度控制单元反射特性的影响。为了保证温度控制单元在构成超结构时具有更好的微波低反射特性，优选的金属反射层24的贯穿孔径小于1.0mm，金属挡片23与金属反射层24间距离小于0.1mm。
至少一个半导体元件，设置于顶层31与底层之间，并与第一导流电路21和第二导流电路22和第三导流电路相连，以提供顶层31与底层间的热传导路径。半导体元件包括P型半导体晶粒11和N型半导体晶粒12，第一导流电路21设置在顶层下表面，第二导流电路22和第三导流电路设置在第一层体32上表面，P型半导体晶粒11和N型半导体晶粒12通过第一导流电路21与顶层31相连接；一个半导体元件时，P型半导体晶粒11通过第二导流电路22与其中一个第一层体32的导流过孔中的导流电路25相连， N型半导体晶粒12通过第三导流电路与第一层体32的另一导流过孔中的导流电路25相连；两个及以上半导体元件存在时，为了构成完成的电流通路，半导体元件间需串联连接，即中间半导体元件的N型半导体晶粒12通过第三导流电路与另一个半导体元件的P型半导体晶粒11的第二导流电路相连，而首尾两个半导体元件分别通过其第二导流电路22和第三导流电路与导流电路25相连，即导流电路、第二导流电路22、P型半导体晶粒11、第一导流电路21、N型半导体晶粒12、第三导流电路和导流电路25组成了温度控制单元完整电路。优选的半导体元件为碲化铋半导体晶粒。
为了保证加工效率，采用印刷电路板工艺来完成第一导流电路21、第二导流电路22、第三导流电路、金属挡片23、金属反射层24、导流电路25、贯穿孔26以及底层导流电路27的制作。同时为了保证珀耳帖温度控制单元良好的热性能、满足珀耳帖温度控制单元现有封装工艺要求，优先选用导热性能较好的层压板材料，如Rogers TC350™ Plus层压板、Rogers 92 ML™层压板等。导流电路、第一导流电路21、第二导流电路22、第三导流电路、金属挡片23、金属反射层24、以及底层导流电路27的金属材料优先选用金属铜，铜膜的厚度优选为约20 μm。另外，为了使第一导流电路21与P型半导体晶粒11和N型半导体晶粒12之间的焊接强度高、边界清晰，第一导流电路21除了与半导体晶粒相连的焊盘外，其他区域采用绿油覆盖；同理，第二导流电路22、第三导流电路中除了焊盘暴露外，其他区域也采用绿油覆盖；最下层的底层导流电路27除了与外部电路相连的区域，用于电流输入/输出的焊盘外，其他区域采用绿油覆盖。优选的，第一导流电路21和第二导流电路22、第三导流电路中与半导体晶粒焊接的焊盘尺寸略大于半导体晶粒的截面，确保半导体晶粒与导流电路完全接触，充分发挥出半导体晶粒的热电效应。
采用如上所述的珀耳帖温度控制单元为基本单元构造具有低反射特性的珀耳帖温度控制超结构。
图2示意性示出了根据本公开实施例一中一种微波低反射特性的珀耳帖温度控制单元立体结构示意图；图3示意性示出了根据本公开实施例中的一种低反射特性的珀耳帖温度控制超结构平面示意图；
参照图2、3，具有两个半导体元件的温度控制单元为基本单元41；多个基本单元41周期排列成方形子单元42，即“0”编码单元；将“0”编码单元以其中心点在平面内旋转90°得到“1”编码单元；“0”编码单元和“1”编码单元相位差满足180°±37°；将多个“0”编码单元和多个“1”编码单元按网格状排布组成超结构43。现结合具体实施例对珀耳帖温度控制单元和超结构设计过程进行介绍：
S1、优化设计温度控制单元的结构尺寸py×px（长×宽）和半导体元件结构尺寸a×b×h（长×宽×高）、半导体元件数量c、半导体元件间隔gx、gy值和半导体元件排布方式；
S2、M×Z个相同温度控制单元组成“0”编码单元，将“0”编码单元以其中心点旋转90°得到“1”编码单元；
S3、将“0”编码单元和“1”编码单元进行网格状排布得到所需的超结构。
更具一般性，步骤S3中编码单元排布设计步骤为：
S31、在平面波垂直照射由编码单元组成的超结构时，超结构的远场方向函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（1）
式（1）中，θ和φ分别为任意波矢量方向对应的天顶角和方位角，k为平面波在自由空间中的波数，D为编码单元周期长度，A mn 和φ(m,n)对应超结构中第m排n列对应的编码单元散射幅度和相位，f mn (θ,φ)为为第m排n列对应的编码单元远场方向图函数；
S32、超结构的方向系数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（2）
通过式（2）计算出任意编码单元排布的超结构散射方向图；
S33、在预设的频段范围内，根据散射方向图，对编码单元排布进行优化，获得最优的编码单元排布。
简便地，超结构编码单元常见的排布有周期条状排布（1010…/1010…）和网格状排布（1010…/0101…）。
优化设计得到的温度控制单元如图2所示，包括两个半导体元件，即由2个P型半导体晶粒11和2个N型半导体晶粒12按照菱形排列在一个长方形基本单元41内，四个碲化铋半导体晶粒在基本单元41内中心对称设置；基本单元41在x方向上的长度为px，y方向的长度为py；P型半导体晶粒11和N型半导体晶粒12的截面为边长a的正方形，半导体晶粒的高度为h；在x方向P型半导体晶粒11中心间隔为gx，在y方向上N型半导体晶粒12中心间隔为gy；将4×5个基本单元41构成一个正方形的子单元42，即“0”编码单元，并将子单元42在单元面内沿z轴旋转90°得到“1”编码单元。值得说明的是，由于子单元42为方形，那么长方形的基本单元41在x和y方向的长度px和py之间的比值应该满足简单整数比。
实施例一：
本实施例中超结构针对11~19GHz（预设频段范围）入射波反射特性设计得到。基本单元参数为：px= 5.5 mm，py=6.875 mm，gx=3.0 mm，gy=4.36 mm，半导体晶粒的参数为a=1.05 mm，h=3.0 mm。px:py=4:5，该比值满足简单整数比，那么，“0”编码单元可由5×4（M× Z）个基本单元构成，“1”编码单元通过“0”编码单元沿z轴旋转90°得到，子单元42的边长为p_c=27.5 mm。超结构编码单元排布方式为010101…/101010…。
图4为该公开实施例一中基本单元极化转化仿真结果；
参照图4，设计的基本单元在12.2~18.0 GHz频段范围内的转化效率在90%以上，这表明设计的珀耳帖温度控制单元在仿真频段内具有良好的极化转化效率。
图5为本发明公开实施例一中基本单元电热性能仿真结果；
参照图5，基本单元第二层体34下表面设为常温26 ℃，通过改变加载的电流查看顶层31上表面温度变化情况，结果如图5所示。从图可以看出，设计的基本单元具有良好的制冷效果，最低温度达到了-21 ℃，对应的加载电流为1.55 A；同时，随着电流的增大上表面温度先降低再升高，这是因为随着电流的进一步增大，基本单元中欧姆电阻发热增加，进而使得表面温度上升。该计算结果证明了设计的基本单元具备良好的表面温度调节功能。
图6为本发明公开实施例一中“0”和“1”编码单元按010101…/101010…方式网格状排布的超结构双站RCS仿真结果。
参照图6，“0”和“1”编码单元按照网格状排布构成边长为220 mm超结构。该超结构对入射电磁波具有分束效果，能够将垂直入射的电磁波分束到方位角为45°、135°、225°、215°四个对角的方向。图6给出了电磁波频率为15GHz，天顶角为θ时超结构双站RCS随方位角变化的曲线，该结果证明设计出的超结构具有微波低反射特性。
图7为本发明公开实施例一中“0”和“1”编码单元按010101…/101010…方式网格状排布的超结构垂直反射率仿真结果。
从图7中可以看出，与相同大小金属平板进行对比，通过两者之间的差值得到超结构的反射率。在11.0~17.9GHz范围内，反射率低于-5dB；在11.55~14.85GHz范围内，反射率低于-10dB，这证明了设计的超结构具有微波低反射特性。
实施例二：
本实施例二的基本单元、1”编码单元、“0”编码单元结构和尺寸与实施例一相同，不同之处在于，超结构编码单元排布方式为010101…/010101…，即按周期条状方式排布组成超结构，此时编码单元仍排布在网格状结构中。
图8为本发明公开实施例二中“0”和“1”编码单元按010101…/010101…方式排布的超结构垂直反射率仿真结果。
将“0”和“1”编码单元按照010101…/010101…排布构成边长为220 mm超结构。该超结构对入射电磁波具有分束效果，能够将垂直入射的电磁波分束到与周期条垂直，即方位角为0°和180°两个方向。与相同大小金属平板进行对比，通过两者之间的差值得到超结构的反射率，如图8所示，从图中可以看出，在仿真的频段内，频率低于18.6 GHz的反射率低于-5 dB，频率低于17.2 GHz的反射率低于-10 dB，这证明了设计的超结构具有微波低反射特性。
实施例三：
本实施例中超结构针对12~20 GHz（预设频段范围）入射波反射特性设计得到。基本单元参数为：px= 4.8 mm，py=6.4 mm，gx=2.8 mm，gy=4 mm，半导体晶粒的参数为a=1.05mm，h=3.0 mm。px:py=3:4，该比值为简单整数比，那么“0”编码单元可由4×3（M×Z）个基本单元构成，“1”编码单元通过“0”编码单元沿z轴旋转90°得到，编码单元的边长为p_c=19.2mm。
图9为该公开实施例三中基本单元极化转化仿真结果；
参照图9，设计的基本单元在12.68~19.77 GHz频段范围内的转化效率在90%以上，这表明设计的珀耳帖温度控制单元在仿真频段内具有良好的极化转化效率。
图10为本公开实施例三中基本单元电热性能仿真结果；
参照图10，基本单元第二层体34下表面设为常温26 ℃，通过改变加载的电流查看顶层31上表面温度变化情况，结果如图9所示。从图可以看出，设计的基本单元具有良好的制冷效果，最低温度达到了-23 ℃，对应的加载电流为1.5 A；同时，随着电流的增大上表面温度先降低再升高，这是因为随着电流的进一步增大，基本单元中欧姆电阻发热增加，进而使得表面温度上升。该计算结果证明了设计的基本单元具备良好的表面温度调节功能。
将“0”和“1”编码单元按照010101…/101010…方式网格状排布构成边长为192 mm超结构。该超结构对入射电磁波具有分束效果，能够将垂直入射的电磁波分束到方位角为45°、135°、225°、215°四个对角的方向。与相同大小金属平板进行对比，通过两者之间的差值得到超结构的反射率，如图11所示。在仿真的频段内，频率低于18.95 GHz的反射率低于-5 dB，在14.25~17.56 GHz范围内，反射率低于-10 dB，这证明了设计的超结构具有微波低反射特性。
实施例四：
本实施例四中
基本单元、1”编码单元、“0”编码单元结构和尺寸与实施例一相同，不同之处在于，超结构编码单元排布方式为010101…/010101…，即按周期条状方式排布组成边长为192mm超结构，此时编码单元仍排布在网格状结构中。
该超结构对入射电磁波具有分束效果，能够将垂直入射的电磁波分束到与周期条垂直，即方位角为0°和180°两个方向。与相同大小金属平板进行对比，通过两者之间的差值得到超结构的反射率，如图12所示。在仿真的频段内，频率低于18.75 GHz的反射率低于-5dB；在14.21~18.05GHz范围内，反射率低于-10 dB，这证明了设计的超结构具有微波低反射特性。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种微波低反射的珀耳帖温度控制单元，其特征在于，包含：
顶层；
底层，与所述顶层相对设置，包含距离所述顶层由近及远叠置的第一层体、金属反射层和第二层体；所述第一层体和第二层体上设置导流过孔，所述导流过孔内设置有导流电路，所述导流电路延伸至所述底层上背向所述顶层的一侧；金属反射层设置有贯穿孔，所述导流电路穿过所述贯穿孔并与所述金属反射层绝缘隔离；
至少一个半导体元件，设置于所述顶层与所述底层之间，并与所述导流电路相连，以提供所述顶层与所述底层间的热传导路径；
所述金属反射层贯穿孔上方设置金属挡片，所述金属挡片与所述导流电路相连，并与所述金属反射层绝缘隔离，所述金属挡片完全或部分覆盖所述金属反射层的贯穿孔；
所述半导体元件包括P型半导体晶粒和N型半导体晶粒，第一导流电路设置在顶层下表面，第二导流电路和第三导流电路设置在第一层体上表面；所述第二导流电路、所述P型半导体晶粒、所述第一导流电路、所述N型半导体晶粒、所述第三导流电路和所述导流电路组成了温度控制单元完整电路。
2.根据权利要求1所述的温度控制单元，其特征在于，所述第一导流电路、第二导流电路、第三导流电路除与所述半导体元件相连的区域外，其他区域均被绿油覆盖；底层上背向所述顶层的一侧，除导流电路与外部电路相连的区域外，其他区域均被绿油覆盖。
3.根据权利要求1所述的温度控制单元，其特征在于，所述金属反射层采用印刷电路板工艺加工在第二层体上，所述第一层体与所述金属反射层通过半固化片相连；所述半导体元件为碲化铋半导体晶粒。
4.一种微波低反射的珀耳帖温度控制超结构，其特征在于，所述温度控制超结构包含：
多个子单元，所述子单元按网格结构排布组成超结构；
所述子单元包含多个相同的如权利要求1至3中任一项所述温度控制单元，所述温度控制单元周期排布组成子单元。
5.根据权利要求4所述的微波低反射的珀耳帖温度控制超结构，其特征在于，所述子单元为方形，并包括两种编码单元，分别为“0”编码单元和“1”编码单元；
“0”编码单元包含M×Z个温度控制单元，M和Z均为非零正整数；
“1”编码单元，为“0”编码单元以其中心点旋转90°得到；
“0”编码单元和“1”编码单元反射相位差满足180°±37°。
6.根据权利要求5所述的低反射的珀耳帖温度控制超结构，其特征在于，所述超结构的编码单元排布方式为010101…/101010…或010101…/010101…。
7.如权利要求4所述的低反射的珀耳帖温度控制超结构的设计方法，包括以下步骤：
S1、优化设计温度控制单元的结构尺寸和半导体元件结构尺寸、数量、间隔尺寸的初始值和半导体元件排布结构；
S2、M×Z个相同的温度控制单元组成方形“0”编码单元，将“0”编码单元以其中心点旋转90°得到“1”编码单元；
S3、将“0”编码单元和“1”编码单元进行网格状排布得到所需的超结构。
8.根据权利要求7所述的低反射的珀耳帖温度控制超结构的设计方法，其特征在于，所述步骤S3中获得编码单元排布的具体步骤为：
S31、在平面波垂直照射由编码单元组成的超结构时，超结构的远场方向函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式（1）中，θ和φ分别为任意波矢量方向对应的天顶角和方位角，k为平面波在自由空间中的波数，D为编码单元周期长度，A mn 和φ(m,n)对应超结构中第m排n列对应的编码单元散射幅度和相位，f mn (θ,φ)为第m排n列对应的编码单元远场方向图函数，j为虚数单位；
S32、超结构的方向系数为：
Figure 860287DEST_PATH_IMAGE002
（2）
通过式（2）计算出任意编码单元排布的超结构散射方向图；
S33、在预设的频段范围内，根据散射方向图，对编码单元排布进行优化，获得最优的编码单元排布。
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