CN114784520A - 一种简单双层结构的超宽带透明吸波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简单双层结构的超宽带透明吸波器，该结构由地板+空气层+玻璃基板+空气层+玻璃基板构成，每层玻璃基板的上表面均附有透明氧化铟锡薄膜构成的相同周期结构，地板也采用覆盖透明ITO膜的玻璃板。该吸波器结构简单对称，易于加工，由于引入了空气层，吸波器不仅重量降低，而且相对带宽可达149％。对TE、TM垂直入射极化波，吸波器在3‑20.5GHz频段的吸波率大于90％；对TE、TM倾斜入射极化波，入射角度小于45°范围内，吸波器展现了吸波率大于80％的良好吸波性能。
Description
技术领域
本发明属于宽带电磁吸波器技术领域，具体涉及一种在超宽带内工作的透明吸波器。
背景技术
电磁吸波器通过输入阻抗与空气进行匹配，使平面波在吸波器表面不会产生反射，并且通过材料的欧姆损耗等损耗机制将入射电磁波转换为其他形式的能量，从而达到吸波的效果，可以被应用于军事武器系统、微波暗室、科学或医疗仪器和高层建设中。而目前绝大多数的电磁吸波器结构都是光学不透明的，这一定程度上限制了吸波器的应用，所以在此基础上提出了透明吸波器，提升无线通信的安全性同时又保证了建筑的采光率，可被用于安全建筑的窗户或屋顶等，以及电磁隐身、电磁兼容等领域。
公开号为CN107809006A的专利公开了一种基于透明导电薄膜的透明超宽带微波吸波器，该微波吸波器包括透明基板和镀在其两侧的透明导电薄膜，微波入射面对应薄膜上蚀刻有周期分布的吸波结构，周期结构的一个单元结构由两个重叠的正方形和矩形开口环组成，该吸波结构的阻抗与电磁波在自由空间的阻抗实现阻抗匹配。该发明在15.6-39GHz实现了宽带(相对带宽约为86％)吸波，极化角度不敏感，在入射角度小于30°时有较好的吸波性能。
公开号为CN208128766U的专利公开了一种基于电加热技术的超宽带透明吸波器，该吸波器包括上层透明玻璃、介质层、下层透明玻璃、透明电阻膜、导电铜箔和透明导电膜，透明电阻膜为一种周期性结构，它的单元由正方形电阻薄膜结合4个折叠矩形电阻薄膜组成，透明导电膜上表面两侧各粘贴一个条状的导电铜箔，且导电铜箔通过外部导线连接。该结构在5-20GHz频段内(相对带宽约为120％)对电磁波的吸收率超过90％。
上述两种方案都提供了在较宽带宽内的良好吸波性能，但是在低频及拓宽带宽部分没有提出一种简单且便于加工的吸波器结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在超宽带内工作的简单双层结构的超宽带透明吸波器，吸波性能良好，结构轻便简单，单元尺寸小，易于加工，对入射波角度和极化方式不敏感等特点。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种简单双层结构的超宽带透明吸波器，由两层蚀刻相同周期单元的玻璃基板以及附着完整的ITO薄膜的透明玻璃板叠加而成，使电磁波在入射后能在结构中多次反射。
在其中一个实施例中，结构单元由上而下分为三部分，第一部分为上层ITO膜周期结构单元及相应玻璃基板，第二部分为形状相同的下层周期结构单元及对应玻璃基板，第三部分为覆有导电薄膜的玻璃板，三部分由两层空气层隔开。
在其中一个实施例中，ITO薄膜上蚀刻周期性的方环结构。
在其中一个实施例中，上、下层的导电薄膜单元结构相同，皆为宽度为3mm的方环，周期单元尺寸为8mm。
在其中一个实施例中，上、下层的介质基板选用相对介电系数为3.5的石英玻璃。
在其中一个实施例中，上层导电薄膜方阻为380Ω/sq，下层导电薄膜方阻为150Ω/sq，地板导电薄膜方阻为20Ω/sq。
在其中一个实施例中，上、下层及地板之间存在以塑料垫片间隔处的不同厚度的空气层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用双层结构，有两层空气介质层，其两侧为覆有导电薄膜的高透明度的石英玻璃基板，而空气层利用塑料垫片隔开，整体结构轻便且便于加工；
(2)本发明的周期单元结构仅为单个方环，单元周期也较小，结构简单，工程实现性较好；
(3)本发明可以在超宽的相对带宽内实现吸波，约为149.33％，且低频时吸波性能良好；
(4)本发明采用的为导电薄膜和氧化铟锡材料，均具有良好的透光性，在保证超宽吸波带宽的情况下，也保证了高透光率和高吸波率；
(5)本发明极化稳定性较好，且角度稳定性良好，能够较好地适应复杂多变的电磁波环境。
附图说明
图1是超宽带透明吸波器的整体结构示意图。
图2是超宽带透明吸波器的正视尺寸规格图。
图3是超宽带透明吸波器的侧视尺寸规格图。
图4是超宽带透明吸波器的在不同入射角度下的TE极化波入射时的反射系数随频率变化的曲线。
图5是超宽带透明吸波器的在不同入射角度下的TE极化波入射时的吸波率随频率变化的曲线。
图6是超宽带透明吸波器的在不同入射角度下的TM极化波入射时的反射系数随频率变化的曲线。
图7是超宽带透明吸波器的在不同入射角度下的TM极化波入射时的吸波率随频率变化的曲线。
其中，1-氧化铟锡(ITO)薄膜，2-玻璃基板，3-空气层，p-周期单元边长，w1-方环距离单元边界的长度，w2-方环的宽度，tsub-石英玻璃基板的厚度，t1-上层空气层厚度，t2-下层空气层厚度，tgd-玻璃介质地板的厚度。
具体实施方式
为了使透明吸波器能够适应复杂的电磁环境，需要其具有大带宽，宽角度，高透光等多种优良性能，而本发明综合了以上优点且结构简单轻便，适合加工。
本发明提供一种基于透明导电膜的在超宽带内工作的透明吸波器。本发明所使用的透明材料包括石英玻璃基板和镀在其表面的氧化铟锡(ITO)薄膜，该薄膜上蚀刻有周期性的方环结构，在较宽的吸波范围内，该吸波结构的阻抗与自由空间的阻抗实现了高度匹配。本发明结构主要是由两层蚀刻相同周期单元的玻璃基板再加上附着完整的ITO薄膜的透明玻璃板叠加而成，使电磁波在入射后能在结构中多次反射，通过欧姆损耗等机制转换为其他形式的能量。
本发明综合各项参数，提出了一种简单双层结构的超宽带吸波器结构，不仅相对带宽极宽，在2.97-20.49GHz内(约149.33％)吸波率超过90％，且引入了空气层，减轻了整体结构的质量，双层透明导电膜为形状相同、方阻不同的方环结构，单元尺寸较小(仅8mm)，加工简单，工程实现性较好。此外，本结构光学透明性良好，采用了市面上常用的氧化铟锡(ITO)和石英玻璃组成透明材料，且对于极化方式不敏感。在TE极化波入射时，入射角度小于30°均具有优秀的吸波效果，而在TM极化波入射时，入射角度小于45度均吸波性能较好。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供了一种简单双层结构的超宽带透明吸波器，其具体结构如图1-图3所示。本发明结构单元由上而下分为三部分，第一部分为上层ITO膜周期结构单元及相应玻璃基板，第二部分为形状相同的下层周期结构单元及对应玻璃基板，第三部分为地板导电薄膜，三部分由两层空气层隔开，整体结构如图1所示。
本实施例中，上、下层的导电薄膜单元结构相同，皆为宽度为3mm的方环，周期单元尺寸为8mm，结构如图2所示。
本实施例中，上、下层的介质基板选用相对介电系数为3.5的石英玻璃。
本实施例中，上层导电薄膜方阻为380Ω/sq，下层导电薄膜方阻为150Ω/sq，地板导电薄膜方阻为20Ω/sq。
本实施例中，上、下层及地板之间存在以塑料垫片间隔处的不同厚度的空气层，整体排列结构如图3所示。
本实施例中，确定了如表一所示的单元尺寸参数。
表一一种简单双层结构的超宽带透明吸波器的单元尺寸参数(以mm计)
| p | w1 | w2 | tsub | t1 | t2 | tgd |
| 8 | 0.15 | 3 | 0.3 | 4.59 | 5.36 | 0.55 |
简单双层结构的超宽带透明吸波器在不同入射角度下的TE、TM极化波入射时的反射、吸波性能如图4-图7所示，以上曲线都是由CST电磁仿真软件得到的仿真结果。从图中可以看出，简单双层结构的超宽带透明吸波器在TE极化波入射时，在0°-30°的入射角度下，吸波性能在工作频段内均稳定；在TM极化波入射时，在0°-45°的入射角度下，吸波性能在工作频段内均稳定。
该吸波器结构简单对称，易于加工，由于引入了空气层，吸波器不仅重量降低，而且相对带宽可达149％。对TE、TM垂直入射极化波，吸波器在3-20.5GHz频段的吸波率大于90％；对TE、TM倾斜入射极化波，入射角度小于45°范围内，吸波器展现了吸波率大于80％的良好吸波性能。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，由两层蚀刻相同周期单元的玻璃基板以及附着完整的ITO薄膜的透明玻璃板叠加而成，使电磁波在入射后能在结构中多次反射。
2.根据权利要求1所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，结构单元由上而下分为三部分，第一部分为上层ITO膜周期结构单元及相应玻璃基板，第二部分为与第一部分相同的下层周期结构单元及对应玻璃基板，第三部分为覆有导电薄膜的玻璃板，三部分由两层空气层隔开。
3.根据权利要求2所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，ITO薄膜上蚀刻周期性的方环结构。
4.根据权利要求3所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，上、下层的ITO膜周期结构单元结构相同，皆为宽度为3mm的方环，周期单元尺寸为8mm。
5.根据权利要求2或4所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，上、下层的介质基板选用相对介电系数为3.5的石英玻璃。
6.根据权利要求2所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，上层导电薄膜方阻为380Ω/sq。
7.根据权利要求6所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，下层导电薄膜方阻为150Ω/sq。
8.根据权利要求7所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，地板导电薄膜方阻为20Ω/sq。
9.根据权利要求2所述的简单双层结构的超宽带透明吸波器，其特征在于，上、下层及地板之间存在以塑料垫片间隔处的不同厚度的空气层。
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2022
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