CN115195242B - 一种红外微波隐身光学透明结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种红外微波隐身光学透明结构，该结构包括：顶层、介质层和接地层，介质层设置于顶层与接地层之间，顶层、介质层和接地层均采用可见光透明材料，顶层用于实现红外屏蔽和微波散射；顶层上设置有周期性交替排列的第一阵列和第二阵列，第一阵列和第二阵列反射光束的相位差在143°～217°之间，能够实现对较宽波段范围的微波进行反射的同时调控微波的散射方向，降低法向方向微波的回波强度，实现微波隐身；第一阵列和第二阵列采用满足预设发射率条件的透明导电材料生成，能够实现对红外光进行高反射、低发射且结构本身具有高光学透明度。

Description

一种红外微波隐身光学透明结构

技术领域

本发明涉及多波段复合隐身电磁技术领域，尤其涉及一种红外微波隐身光学透明结构。

背景技术

研究能够实现对多个频率段的探测光波同时隐身的结构对于对抗现代军事中的多频段复合探测技术的发展至关重要。针对不同频率段的探测光波，隐身结构的隐身机理不同。例如隐身结构相对于雷达微波隐身时，需要对探测光波进行高吸收、低反射，而当隐身结构相对于红外隐身时，则需要对探测光波进行低吸收、高反射、低发射。如果将常见的红外隐身涂料和微波隐身材料直接复合使用在复合隐身结构上来实现红外微波复合隐身功能，微波隐身与红外隐身会存在相互干扰。所以在将雷达微波隐身和红外隐身结合在一起时需要解决其原理矛盾之处。而在一些实际应用场景中，如战车观察窗口等，隐身结构除了需要实现红外微波复合隐身外，还应该具有高可见光透明度。

在超材料兴起后，红外微波复合隐身结构大量出现，但这些隐身结构实现微波隐身的机理以吸收光波为主，存在结构设计复杂、吸收光波后的隐身结构的欧姆损耗积热会导致红外隐身效果劣化、不兼容可见光隐身等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种红外微波隐身光学透明结构，以期至少部分地解决上述技术问题。

本发明提供了一种红外微波隐身光学透明结构，包括：顶层、介质层和接地层，其中，上述介质层设置于上述顶层与上述接地层之间，上述顶层、上述介质层和上述接地层均采用可见光透明材料，上述顶层用于实现红外屏蔽和微波散射。上述顶层上设置有周期性交替排列的第一阵列和第二阵列，上述第一阵列和上述第二阵列反射光束的相位差在143°～217°之间，上述第一阵列和上述第二阵列采用满足预设发射率条件的透明导电材料生成。

根据本发明的实施例，其中，上述介质层的厚度为2-4mm，用于实现改变上述第一阵列和上述第二阵列反射光束的相位。

根据本发明的实施例，其中，上述接地层的厚度根据预设入射波的频率进行设置，用于实现对入射波进行全反射。

根据本发明的实施例，其中，上述第一阵列由N1×N1个第一贴片等间距排列而成，相邻两个上述第一贴片的间距为0.1mm～0.3mm，上述第二阵列由N2×N2个第二贴片等间距排列组成，相邻两个上述第二贴片的间距为0.1mm～0.3mm，上述N1与上述N2不相等。

根据本发明的实施例，上述第一贴片和上述第二贴片在上述顶层的覆盖率在75％以上。

根据本发明的实施例，上述第一贴片和上述第二贴片的形状包括圆形、三角形或六边形中的至少一种。

根据本发明的实施例，上述第一阵列和上述第二阵列的材料包括铟锡氧化物、掺铝氧化锌或掺氟氧化锌中的至少一种。

根据本发明的实施例，上述介质层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯单体中的至少一种。

根据本发明的实施例，上述接地层的材料包括铟锡氧化物、掺铝氧化锌或掺氟氧化锌中的至少一种。

根据本发明的实施例，上述顶层由上述可见光透明材料沉积在透明衬底上形成，其中，上述衬底的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。

根据本发明的实施例，上述红外微波隐身光学透明结构的顶层上设置有周期性交替排列的第一阵列和第二阵列，且第一阵列和第二阵列反射光束的相位差在143°～217°之间，所以当雷达微波入射到红外微波隐身光学透明结构上时，第一阵列和第二阵列交替排列带来的反射波的相位梯度变化会导致反射波之间干涉相消或者重定向到非探测方向，降低微波的回波强度，实现微波隐身。

根据本发明的实施例，上述红外微波隐身光学透明结构的顶层上的第一阵列和第二阵列采用满足预设发射率条件的透明导电材料生成，降低整个顶层的红外发射率，实现红外隐身。

根据本发明的实施例，上述红外微波隐身光学透明结构的顶层、介质层和接地层均采用可见光透明材料，因此本发明实施例提供的红外微波隐身光学透明结构可以兼容可见光透明性，因此可以用于某些特定场景。

根据本发明的实施例，上述红外微波隐身光学透明结构的顶层上的第一贴片和上述第二贴片的覆盖率在75％以上，保证了红外微波隐身光学透明结构的红外隐身效果。

附图说明

图1示意性示出了红外微波隐身光学透明结构示意图。

图2示意性示出了顶层结构调控微波低散射的示意图。

图3示意性示出了结构的远场反射率示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。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，省略了对公知结构和技术的描述，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”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

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。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

研究能够实现对多个频率段的探测光波同时隐身的结构对于对抗现代军事中的多频段复合探测技术的发展至关重要。

基于现有技术在实现红外微波隐身且透明的结构时存在的问题，本发明实施例提供了一种红外微波隐身光学透明结构。

本发明实施例提供的红外微波隐身光学透明结构顶层上设置有周期性交替排列的第一阵列和第二阵列，且第一阵列和第二阵列反射光束的相位差在143°～217°之间，所以能够实现对较宽波段范围的微波进行反射的同时调控微波的散射方向，降低微波的回波强度，实现微波隐身。第一阵列和第二阵列采用满足预设热发射率条件的透明导电材料生成，所以能够实现对红外进行高反射且结构本身具有高光学透明度。结构简单，性能可靠，最终达到微波红外双隐身和可见光高透明度的多频谱复合的要求。

与现有技术相比，红外微波隐身光学透明结构将垂直入射的微波反射出去并对微波被反射时的散射方向进行调节，实现微波隐身的同时避免红外微波隐身光学透明结构吸收大量微波而积累热量，克服了现有技术中的红外微波隐身结构持续吸收微波热量导致红外隐身效果下降的缺陷。解决了现有技术中在将雷达微波隐身和红外隐身结合在一起时，雷达微波隐身需要高吸收、低反射，红外隐身需要高反射、低发射的原理矛盾之处。

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。

图1示意性示出了红外微波隐身光学透明结构示意图。

图1所示的红外微波隐身光学透明结构1包括：顶层4、介质层5和接地层6，介质层5设置于顶层4与接地层6之间，顶层4、介质层5和接地层6均采用可见光透明材料，顶层4用于实现红外屏蔽和微波散射。

如图1所示，顶层4上设置有周期性交替排列的第一阵列2和第二阵列3，第一阵列2和第二阵列3反射光束的相位差可以在143°～217°之间，第一阵列2和第二阵列3采用满足预设发射率条件的透明导电材料生成。

根据本发明的实施例，预设发射率条件例如可以是：透明导电材料的发射率在0.2以下，透明导电材料的发射率在0.1以下，透明导电材料的发射率在0.06以下。

图2示意性示出了顶层结构调控微波低散射的示意图。

如图2所示，在雷达微波入射到红外微波隐身光学透明结构的顶层的情况下，顶层上的第一阵列和第二阵列交替排列带来的反射微波的相位梯度变化导致被反射的雷达微波之间干涉相消或者重定向到非探测方向，使沿雷达微波的探测方向的回波能量大大地降低，缩小了雷达微波的散射截面，实现微波低散射，进而实现微波隐身的功能。

如图1所示，顶层4的整体尺寸例如可以为300mm×300mm，顶层由第一阵列2和第二阵列3周期性交替排列成10×10的棋盘式结构。需要说明的是，顶层4的整体尺寸也可以不限于上述尺寸，本领域技术人员可以根据实际需要来设计相应的尺寸。

根据本发明的实施例，介质层的厚度为2-4mm，用于实现改变第一阵列和第二阵列反射光束的相位。根据本发明的实施例，介质层的厚度例如可以是2mm，3mm或4mm。

如图1所示，图1中的介质层的厚度为3mm。

根据本发明的实施例，本发明实施例提供的红外微波隐身光学透明结构包括顶层、介质层和接地层，介质层设置于顶层与接地层之间，所以本发明实施例提供的红外微波隐身光学透明结构设计简单，介质层的厚度为2-4mm，所以本发明实施例提供的红外微波隐身光学透明结构较轻薄，顶层、介质层和接地层均采用可见光透明材料，顶层用于实现红外屏蔽和微波散射，所以本发明实施例提供的红外微波隐身光学透明结构易于制造和使用，实现了红外微波隐身功能同时兼顾结构光学透明。

根据本发明的实施例，接地层的厚度根据预设入射波的频率进行设置，用于实现对入射波进行全反射。

根据本发明的实施例，其中，第一阵列由N1×N1个第一贴片等间距排列而成，相邻两个第一贴片的间距为0.1mm～0.3mm。

根据本发明的实施例，第二阵列由N2×N2个第二贴片等间距排列组成，相邻两个第二贴片的间距为0.1mm～0.3mm，N1与N2不相等。

如图1所示，第一阵列2由35×35个第一贴片等间距排列而成，相邻两个第一贴片的间距为0.2mm，第二阵列3由7×7个第二贴片等间距排列组成，相邻两个第二贴片的间距为0.2mm。

根据本发明的实施例，相邻两个第一贴片的间距与相邻两个第二贴片的间距可以相同，也可以不同。例如，相邻两个第一贴片的间距为0.25mm，相邻两个第二贴片的间距为0.3mm。

根据本发明的实施例，N1和N2的大小可以根据实际需要来预先设计。

根据本发明的实施例，第一贴片和第二贴片在顶层的覆盖率在75％以上。

根据本发明的实施例，第一贴片与第二贴片在顶层的覆盖率在75％以上，保证了红外微波隐身光学透明结构的红外隐身效果。在本发明的一种实施方式中，第一贴片与第二贴片在顶层的覆盖率为75％，在本发明的另一种实施方式中，第一贴片与第二贴片在顶层的覆盖率为90％。随着覆盖率的逐渐增加，红外微波隐身光学透明结构的红外隐身效果越稳定可靠。

根据本发明的实施例，第一贴片和第二贴片的形状包括圆形、三角形或六边形中的至少一种。

根据本发明的实施例，第一贴片和第二贴片的形状还可以选择使第一贴片与第二贴片在顶层的覆盖率在75％以上的其它形状。

图1中的第一阵列2中的第一贴片的形状与第二阵列3中的第二贴片的形状可以为矩形，第一阵列2中的第一贴片与第二阵列3中的第二贴片的数量不同，其余参数可以保持一致。

根据本发明的实施例，第一阵列和第二阵列的材料包括铟锡氧化物(ITO)、掺铝氧化锌或掺氟氧化锌中的至少一种。

根据本发明的实施例，图1中的第一阵列2和第二阵列3可以由ITO薄膜加工制造而成。ITO薄膜的方阻为6欧姆，红外发射率与普通金属类似，能够达到0.05。经计算，ITO薄膜中的ITO材料在整个顶层4的填充比例为75％，在红外大气窗口3-14um(电磁波通过大气层时，透射率较高的波段称为大气窗口)，整个顶层的红外发射率能够达到0.26，满足红外隐身的低发射率要求，实现红外隐身。

根据本发明的实施例，介质层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯单体中的至少一种。

图1中的介质层5采用介电常数为2.25、损耗角正切为0.001的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制造而成。

根据本发明的实施例，接地层的材料包括铟锡氧化物、掺铝氧化锌或掺氟氧化锌中的至少一种。

图1中的接地层6由参数与4相同的整块ITO薄膜构成。

根据本发明的是实施例，顶层由可见光透明材料沉积在透明衬底上形成，其中，衬底的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。

图1中的顶层由ITO材料沉积在材料为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的衬底上形成。衬底上沉积的ITO材料的厚度为0.035mm。衬底材料PET的厚度为0.175mm，介电常数为3.0(1-j0.06)，红外发射率为0.9。

顶层1上的第一阵列2及第二阵列3的加工方式为激光刻蚀。具体操作可以为将ITO薄膜表面上的多余的ITO材料去除掉，形成间距为0.2mm的一个个矩形贴片。图1中7为对顶层进行激光刻蚀后形成的贴片，8为顶层上的ITO材料被刻蚀后暴露出来的PET基底，宽为0.2mm。

图3示意性示出了结构的远场反射率示意图。

如图3所示，本发明实施例提供的红外微波隐身光学透明结构，可以调控在7.4～13.4GHz范围内的微波被红外微波隐身光学透明结构反射时的散射方向，使垂直入射到红外微波隐身光学透明结构上的微波的反射波幅值缩减超过10dB，并使8.6GHz频率处的微波的反射波幅值缩减超过20dB，有效降低了雷达的探测距离，实现了微波隐身。

与现有技术相比，红外微波隐身光学透明结构将垂直入射的微波反射出去并对微波被反射时的散射方向进行调节，避免红外微波隐身光学透明结构吸收大量微波而积累热量，克服了现有技术中的红外微波隐身结构持续吸收微波热量导致红外隐身效果下降的缺点。解决了现有技术中在将雷达隐身和红外隐身结合在一起时，雷达隐身需要高吸收、低反射，红外隐身需要高反射、低发射的原理矛盾之处。

图1中的红外微波隐身光学透明结构的顶层材料与基底层材料为ITO，介质层材料为PMMA，ITO薄膜和PMMA材料均具有高透明度，因此结构整体实现了高可见光透明度。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种红外微波隐身光学透明结构，包括：

顶层、介质层和接地层，其中，所述介质层设置于所述顶层与所述接地层之间，所述顶层、所述介质层和所述接地层均采用可见光透明材料，所述顶层用于实现红外屏蔽和微波散射；

所述顶层上设置有周期性交替排列的第一阵列和第二阵列，所述第一阵列和所述第二阵列反射光束的相位差在143°~217°之间，所述第一阵列和所述第二阵列采用满足预设发射率条件的透明导电材料生成；

所述第一阵列由N1×N1个第一贴片等间距排列而成，相邻两个所述第一贴片的间距为0.1mm~0.3mm，所述第二阵列由N2×N2个第二贴片等间距排列组成，相邻两个所述第二贴片的间距为0.1mm~0.3mm，所述N1与所述N2不相等；

所述第一贴片和所述第二贴片在所述顶层的覆盖率在75%以上。

2.根据权利要求1所述的红外微波隐身光学透明结构，其中，所述介质层的厚度为2-4mm，用于实现改变所述第一阵列和所述第二阵列反射光束的相位。

3.根据权利要求1所述的红外微波隐身光学透明结构，其中，所述接地层的厚度根据预设入射波的频率进行设置，用于实现对入射波进行全反射。

4.根据权利要求1所述的红外微波隐身光学透明结构，所述第一贴片和所述第二贴片的形状包括圆形、三角形或六边形中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的红外微波隐身光学透明结构，所述第一阵列和所述第二阵列的材料包括铟锡氧化物、掺铝氧化锌或掺氟氧化锌中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的红外微波隐身光学透明结构，所述介质层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯单体中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的红外微波隐身光学透明结构，所述接地层的材料包括铟锡氧化物、掺铝氧化锌或掺氟氧化锌中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的红外微波隐身光学透明结构，所述顶层由所述可见光透明材料沉积在透明衬底上形成，其中，所述衬底的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。