CN117559141B - 一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体及其制备方法，该吸波体由若干个周期性排列的结构单元组成，结构单元包括ITO谐振结构层、第一PET介质层、PMMA介质层、第二PET介质层和ITO导电薄膜背板，ITO导电薄膜背板的上表面集成有第二PET介质层，第二PET介质层的上表面覆盖有PMMA介质层，PMMA介质层的上表面蚀刻有第一PET介质层，第一PET介质层的上表面蚀刻有ITO谐振结构层。本发明能够有效地吸收入射的电磁波，降低反射和散射，增大吸收带宽，从而提高透明宽带超材料吸波体的性能。本发明作为一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体及其制备方法，可广泛应用于电磁超材料设计技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及电磁超材料设计技术领域，尤其涉及一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体及其制备方法。
背景技术
超材料吸波体是一类在吸收微波能量方面非常有效的材料，它们在多个领域中发挥着关键作用，从军事设备到民用建筑以及无线通信设施。对于许多应用来说，它们需要具备宽带吸收的特性，比如太阳能光伏、光电探测、机械谐振的操纵，以及军舰和飞机的隐身设计。这使得宽带吸收成为微波吸收器领域的一个永恒追求。
然而，许多传统的微波吸收器设计仅适用于特定频段，而且其吸收性能在频率变化时会下降。因此，需要开发更宽频带的吸收材料和结构，以实现在更广泛频率范围内的有效吸收。同时，目前超材料吸波体的超颖表面图案越来越复杂，以此获得宽带吸收，但其设计方法缺乏通用性，且对于现阶段的超材料的可见光透射率低，超材料是一个引人注目的领域，超材料的有效介电常数和有效磁导率可以通过设计结构的参数来操纵，这使得它们在微波吸收器的设计中变得非常有前景，因此现阶段的透明宽带超材料吸波体存在吸收带宽不够宽、可见光透射率低、不能满足实际应用的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体及其制备方法，能够有效地吸收入射的电磁波，降低反射和散射，增大吸收带宽，从而提高透明宽带超材料吸波体的性能。
本发明所采用的第一技术方案是：一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体，透明宽带超材料吸波体由若干个周期性排列的结构单元组成，所述结构单元包括ITO谐振结构层、第一PET介质层、PMMA介质层、第二PET介质层和ITO导电薄膜背板，所述ITO导电薄膜背板的上表面集成有所述第二PET介质层，所述第二PET介质层的上表面覆盖有所述PMMA介质层，所述PMMA介质层的上表面蚀刻有所述第一PET介质层，所述第一PET介质层的上表面蚀刻有所述ITO谐振结构层，其中：
所述ITO谐振结构层用于实现多频段的电磁波吸收；
所述第一PET介质层用于改进所述ITO谐振结构层的微波吸收性能；
所述PMMA介质层用于提高所述透明宽带超材料吸波体的透光性；
所述第二PET介质层用于改进所述ITO导电薄膜背板的微波吸收性能；
所述ITO导电薄膜背板用于阻止电磁波透射。
进一步，所述ITO谐振结构层为十字架ITO谐振图案层或米字架ITO谐振图案层，二者择其中一者。
进一步，所述十字架ITO谐振图案层的阻值规格为30Ω/sq，所述米字架ITO谐振图案层的阻值规格为20Ω/sq。
进一步，所述十字架ITO谐振图案层的上表面蚀刻有第一十字架编码图案和第二十字架编码图案，所述第一十字架编码图案的规格尺寸大于所述第二十字架编码图案。
进一步，所述米字架ITO谐振图案层的上表面蚀刻有第一米字架编码图案和第二米字架编码图案，所述第一米字架编码图案的规格尺寸大于所述第二米字架编码图案。
进一步，所述第一PET介质层与所述第二PET介质层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述第一PET介质层的厚度与所述第二PET介质层的厚度均为0.175mm，所述第一PET介质层的介电常数与所述第二PET介质层的介电常数均为3，所述第一PET介质层的损耗角正切值与所述第二PET介质层的损耗角正切值均为0.06。
进一步，所述PMMA介质层为聚甲基丙烯酸甲酯，所述PMMA介质层的厚度为1mm，所述PMMA介质层的介电常数为2.25，所述PMMA介质层的损耗角正切值为0.001。
进一步，所述ITO导电薄膜背板的阻值规格为8Ω/sq。
本发明所采用的第二技术方案是：一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体的制备方法，包括以下步骤：
设定所述透明宽带超材料吸波体的工作参数范围，并对所述结构单元的ITO谐振结构层的上表面进行二进制编码处理，得到编码后的透明宽带超材料吸波体；
采用HFSS仿真模型对所述编码后的透明宽带超材料吸波体进行仿真处理，获取仿真结果；
采用基于MATLAB的遗传算法对所述编码后的透明宽带超材料吸波体进行模拟计算，获取仿真模拟参数；
结合所述仿真结果与所述仿真模拟参数进行性能评估，得到性能评估结果；
若所述性能评估结果不满足预设性能条件，则循环HFSS仿真模型仿真处理步骤与MATLAB的遗传算法模拟计算步骤，直至所述性能评估结果满足预设性能条件；
若所述性能评估结果满足预设性能条件，则输出优化的透明宽带超材料吸波体。
进一步，在所述HFSS仿真模型中，采用有限元法对所述透明宽带超材料吸波体进行全波数值模拟，在所述透明宽带超材料吸波体的z轴方向上设置具有法向入射平面横向电场波和横向磁场波的floquet端口，所述透明宽带超材料吸波体的x轴方向的周期性边界和所述透明宽带超材料吸波体的y轴方向的周期性边界用于模拟无限周期单元。
本发明透明宽带超材料吸波体及制备方法的有益效果是：本发明通过若干个周期性排列的结构单元组成透明宽带超材料吸波体，结构单元包括ITO谐振结构层、第一PET介质层、PMMA介质层、第二PET介质层和ITO导电薄膜背板，ITO谐振结构层具有具有光学透明性和宽带吸收，第一PET介质层和第二PET介质层用于提高多频段的电磁波吸收，PMMA介质层用于提高透明宽带超材料吸波体的透光性，ITO导电薄膜背板用于阻止电磁波透射，进一步采用HFSS仿真模型与MATLAB的遗传算法进行联合优化，可以根据实际需要快速、方便地调整透明宽带超材料吸波体的阻抗，以确保透明宽带超材料吸波体与自由空间阻抗相匹配，进而有效地吸收入射的电磁波，降低反射和散射，增大吸收带宽，从而提高透明宽带超材料吸波体的性能。
附图说明
图1是本发明实施例一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体的结构框图；
图2是本发明实施例一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体的制备方法的步骤示意图；
图3是本发明具体实施例基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体的设计过程示意图；
图4是本发明具体实施例一中2×2吸波周期单元组成阵列的示意图；
图5是本发明具体实施例一中单个周期单元的斜视图；
图6是本发明具体实施例一中单个吸波周期单元的俯视图及其编码序列图；
图7是本发明具体实施例一中在垂直入射TE、TM电磁波时吸收率曲线图；
图8是本发明具体实施例一中在垂直入射TE电磁波时反射系数曲线图；
图9是本发明具体实施例一中在不同偏振角度的TE极化电磁波垂直入射时的吸收率曲线图；
图10是本发明具体实施例一中在不同斜入射TE极化电磁波的吸收率曲线图；
图11是本发明具体实施例二中2×2吸波周期单元组成阵列的示意图；
图12是本发明具体实施例二中单个周期单元的斜视图；
图13是本发明具体实施例二中单个吸波周期单元的俯视图及其编码序列图；
图14是本发明具体实施例二中在垂直入射TE、TM电磁波时吸收率曲线图；
图15是本发明具体实施例二中在垂直入射TE电磁波时反射系数曲线图；
图16是本发明具体实施例二中在不同偏振角度的TE极化电磁波垂直入射时的吸收率曲线图；
图17是本发明具体实施例二中在不同斜入射TE极化电磁波的吸收率曲线图；
附图标记：1、第一十字架编码图案；2、第二十字架编码图案；3、PMMA介质层；4、第一PET介质层；5、ITO导电薄膜背板；6、ITO谐振结构层；7、第一米字架编码图案；8、第二米字架编码图案；9、第二PET介质层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参照图1，本发明提供了一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体，透明宽带超材料吸波体由若干个周期性排列的结构单元组成，结构单元包括ITO谐振结构层6、第一PET介质层4、PMMA介质层3、第二PET介质层9和ITO导电薄膜背板5，ITO导电薄膜背板的上表面集成有第二PET介质层，第二PET介质层的上表面覆盖有PMMA介质层，PMMA介质层的上表面蚀刻有第一PET介质层，第一PET介质层的上表面蚀刻有ITO谐振结构层，其中：
ITO谐振结构层用于实现多频段的电磁波吸收；
具体地，ITO谐振结构层为十字架ITO谐振图案层或米字架ITO谐振图案层，二者择其中一者，十字架ITO谐振图案层的阻值规格为30Ω/sq，米字架ITO谐振图案层的阻值规格为20Ω/sq，十字架ITO谐振图案层的上表面蚀刻有第一十字架编码图案1和第二十字架编码图案2，第一十字架编码图案的规格尺寸大于第二十字架编码图案，米字架ITO谐振图案层的上表面蚀刻有第一米字架编码图案7和第二米字架编码图案8，第一米字架编码图案的规格尺寸大于第二米字架编码图案。
在本实施例中，十字架ITO谐振图案层的十字架图案分为大十字架编码图案和小十字架编码图案，即第一十字架编码图案和第二十字架编码图案，分别二进制编码大十字架为编码“1”，编码小十字架为编码“0”，米字架ITO谐振图案层的米字架图案分为大米字架编码图案和小米字架编码图案，即第一米字架编码图案和第二米字架编码图案，同样的分别二进制编码大米字架为编码“1”，编码小米字架为编码“0”，在面对不同环境电磁能量分布情况时，利用二进制编码和真实编码相结合的方法，这样，本实施例可以根据实际需要快速、方便地调整吸波体的阻抗，以确保它与自由空间阻抗相匹配。这种匹配是非常关键的，因为它可以有效地吸收入射的电磁波，降低反射和散射，从而提高吸波器的性能。
第一PET介质层用于改进ITO谐振结构层的微波吸收性能；
第二PET介质层用于改进ITO导电薄膜背板的微波吸收性能；
具体地，第一PET介质层与第二PET介质层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，第一PET介质层的厚度与第二PET介质层的厚度均为0.175mm，第一PET介质层的介电常数与第二PET介质层的介电常数均为3，第一PET介质层的损耗角正切值与第二PET介质层的损耗角正切值均为0.06。
PMMA介质层用于提高透明宽带超材料吸波体的透光性；
具体地，PMMA介质层为聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA介质层的厚度为1mm，PMMA介质层的介电常数为2.25，PMMA介质层的损耗角正切值为0.001。
ITO导电薄膜背板用于阻止电磁波透射。
具体地，ITO导电薄膜背板的阻值规格为8Ω/sq。
参照图2和图3，一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体的制备方法，包括：
S1、设定透明宽带超材料吸波体的工作参数范围，并对结构单元的ITO谐振结构层的上表面进行二进制编码处理，得到编码后的透明宽带超材料吸波体；
具体地，工作频率范围为10～55GHz，偏振光以0°～90°入射角入射到超材料吸波体表面。在频率范围内设置300个扫描点，通过计算得到由不同频率点的吸收率组成的吸收谱，单元结构谐振图案层初值设置二进制编码[0 0 0 0；0 0 0 0；0 0 0 0；0 0 0 0]。
S2、采用HFSS仿真模型对编码后的透明宽带超材料吸波体进行仿真处理，获取仿真结果；
具体地，在HFSS仿真模型中，采用有限元法对透明宽带超材料吸波体进行全波数值模拟，在透明宽带超材料吸波体的z轴方向上设置具有法向入射平面横向电场波和横向磁场波的floquet端口，透明宽带超材料吸波体的x轴方向的周期性边界和透明宽带超材料吸波体的y轴方向的周期性边界用于模拟无限周期单元。
在本实施例中，在HFSS中，在z方向上设置具有法向入射平面横向电场(TE)波和横向磁场(TM)波的floquet端口以用于激励。沿着x和y方向的周期性边界条件被用来模拟无限周期单元。频率相关的复S参数可以通过频域求解器仿真来获得。TBMA即透明宽带超材料吸波体在垂直入射下的吸收率可以定义为：
A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)
R(ω)＝|S11(ω)|2
T(ω)＝|S21(ω)|2
上式中，A(ω)表示透明宽带超材料吸波体在垂直入射下的吸收率，R(ω)表示从复S参数导出的反射率，T(ω)表示从复S参数导出的透射率；
S3、采用基于MATLAB的遗传算法对编码后的透明宽带超材料吸波体进行模拟计算，获取仿真模拟参数；
具体地，HFSS联合MATLAB进行建模、边界设置、端口设置、求解器设置和仿真，建立粒子种群参数，主要包括粒子维度，初始样本数量，最大迭代次数、收敛容差、种群规模、迭代步长范围等。
S4、结合仿真结果与仿真模拟参数进行性能评估，得到性能评估结果；
具体地，通过同步调整吸波体的总厚度和每个部分的几何参数，可以在保持相对带宽不变的同时在任何频带实现自由空间阻抗匹配和吸收。通常，吸收率大于90％的分数带宽(FBW)被定义为吸收性能的评价标准，其表示如下所示：
FBW＝2×(fH-fL)/(fH+fL)
上式中，FBW表示分数带宽，fH和fL分别是吸收高于参考值(通常为90％)的频率范围的上限和下限。
S5、若性能评估结果不满足预设性能条件，则循环HFSS仿真模型仿真处理步骤与MATLAB的遗传算法模拟计算步骤，直至性能评估结果满足预设性能条件；
S6、若性能评估结果满足预设性能条件，则输出优化的透明宽带超材料吸波体。
具体地，拓扑优化是在MATLAB中主程序运行遗传算法，并反复调用HFSS进行建模、条件设置和仿真，最后将计算结果返回到主程序形成循环，直到达到预定的设计目标，在经过迭代演化之后通过组合模拟获得优化结果。
具体实施例一：
如图4至图5所示，所述超材料吸波体每个单元结构包括ITO导电薄膜背板、第一PET介质层、PMMA介质层、第二PET介质层和表面二进制编码ITO谐振图案层(编码“1”十字架、编码“0”十字架)，从上到下依次为二进制编码十字架ITO谐振图案层、第一PET介质层、PMMA介质层、第二PET介质层和ITO导电薄膜背板，十字架ITO谐振结构蚀刻到顶层透明介质PET基板上表面，ITO阻值规格为30Ω/sq，ITO导电薄膜背板蚀刻到所述底层透明介质PET基板的下表面，ITO阻值规格为8Ω/sq。PMMA介质层厚度均为1mm，介电常数2.25，损耗角正切0.001，第一PET介质层和第二PET介质层厚度均为0.175mm，介电常数3，损耗角正切0.06。
PMMA介质层为本领域中常用的材料(Polymethyl methacrylate)，即聚甲基丙烯酸甲酯材料，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，第一PET介质层和第二PET介质层为本领域中常用的材料(Polyethylene terephthalate)，即聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，具有良好的力学性能并且透明度高。
在本实施例中，如图6所示，图6左边表示超材料吸波体单元结构的表面二进制编码ITO谐振图案层周期P＝16mm，二进制编码“1”十字架1的长L1＝3.2mm，宽D1＝0.96mm，二进制编码“0”十字架2的长L2＝2.4mm，宽D2＝0.72mm，图6右边表示所述超材料吸波体单元结构的表面二进制编码序列[1 1 1 0；1 0 1 1；0 1 1 0；1 1 1 1]。
本实施例实验图7所示，设置频段10～55GHz为扫频范围，测试吸波体在电磁波TE、TM模式下垂直入射时的吸收率，如图可知吸波体在16.4～52.4GHz频率范围内实现了90％以上的吸收率，相对带宽为104.7％，吸波体对TE、TM模式垂直入射的电磁波吸收性能良好，几乎一致。
本实施例实验图8所示，设置频段10～55GHz为扫频范围，测试吸波体在电磁波TE模式下垂直入射时的反射系数。可知吸波体在16.4～52.4GHz频带范围中反射系数低于10dB。产生的两个吸收峰分别位于19.3GHz和51GHz处，同时在10～55GHz的整个频段范围内，透射系数在-25～-35dB处波动，表明吸波体阻止了99％以上的电磁波透射。
本实施例实验图9所示，设置频段10～55GHz为扫频范围，测试吸波体对不同极化角度下TE极化电磁波垂直入射的吸收率，如图可知吸波体由于谐振图案十字架的对称性，吸波体对0～90°极化的TE极化电磁波的吸收率曲线几乎一致，具备极化不敏感的特征。
本实施例实验图10所示，设置10～55GHz为扫频范围，测试吸波体对不同入射角度的TE极化电磁波垂直入射的吸收率，所提出的吸收体在0～30°范围内的不同入射角下对TE模式的波保持良好的吸收，当入射角大于60°时，吸收体的吸收性能开始下降，可知所提出的吸收体在吸收不同入射角的电磁波方面是相对稳定的。
具体实施例二：
如图11至图12所示，所述超材料吸波体由多个周期性排列的结构单元组成，每个单元结构包括ITO导电薄膜背板、第一PET介质层、PMMA介质层、第二PET介质层和表面二进制编码ITO谐振图案层(编码“1”米字架、编码“0”米字架)，其特征在于：从上到下依次为二进制编码ITO谐振图案层、第一PET介质层、PMMA介质层、第二PET介质层和ITO导电薄膜背板，十字架ITO谐振结构蚀刻到所述顶层透明介质PET基板上表面，ITO阻值规格为20Ω/sq，ITO导电薄膜背板蚀刻到所述底层透明介质PET基板的下表面，ITO阻值规格为8Ω/sq。PMMA介质层厚度均为1mm，介电常数2.25，损耗角正切0.001，PET介质层厚度均为0.175mm，介电常数3，损耗角正切0.06。
PMMA介质层为本领域中常用的材料(Polymethyl methacrylate)，即聚甲基丙烯酸甲酯材料，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，第一PET介质层和第二PET介质层为本领域中常用的材料(Polyethylene terephthalate)，即聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，具有良好的力学性能并且透明度高。
在一些实施例中，如图13所示，图13左边表示超材料吸波体单元结构的表面二进制编码ITO谐振图案层周期P＝16mm，二进制编码“1”米字架的长L3＝3.2mm，宽D3＝0.48mm，二进制编码“0”米字架的长L4＝2mm，宽D4＝0.3mm，图13右边表示超材料吸波体单元结构的表面二进制编码序列[0 1 0 0；1 1 1 1；0 0 1 1；1 1 1 1]。
本实施例实验图14所示，设置频段10～55GHz为扫频范围，测试吸波体在电磁波TE、TM模式下垂直入射时的吸收率，如图可知吸波体在15.6～49.5GHz频率范围内实现了90％以上的吸收率，相对带宽为104％，吸波体对TE、TM模式垂直入射的电磁波吸收性能良好，几乎一致。
本实施例实验图15所示，设置频段10～55GHz为扫频范围，测试吸波体在电磁波TE模式下垂直入射时的反射系数。可知本发明在15.6～49.5GHz频带范围中反射系数低于10dB。产生的两个吸收峰分别位于17.9GHz和45.5GHz处，同时在10～55GHz的整个频段范围内，透射系数在-25～-35dB处波动，表明吸波体阻止了99％以上的电磁波透射。
本实施例实验图16所示，设置频段10～55GHz为扫频范围，测试吸波体对不同极化角度下TE极化电磁波垂直入射的吸收率，如图可知本发明由于谐振图案米字架的对称性，吸波体对0～90°极化的TE极化电磁波的吸收率曲线几乎一致，具备极化不敏感的特征。
本实施例实验图17所示，设置10～55GHz为扫频范围，测试吸波体对不同入射角度的TE极化电磁波垂直入射的吸收率，所提出的吸收体在0～30°范围内的不同入射角下对TE模式的波保持良好的吸收，当入射角大于60°时，吸收体的吸收性能开始下降，可知所提出的吸收体在吸收不同入射角的电磁波方面是相对稳定的。
综上所述，在材料方面，本发明通过采用透明介质(如PMMA，PET等)作为衬底，提高吸波体的透光性。此外，设计方面，通过利用二进制编码和真实编码相结合的方法，缩短了优化过程的编码长度，提高了优化的收敛速度，从而快速实现超材料吸波体的设计。本发明采用简易对称的十字架和米字架作为二进制编码谐振图案，对于不同极化角度垂直入射的电磁波都有良好的吸收效率。吸波性能上，以十字架透明作为二进制编码谐振图案的吸波体对16.4～52.4GHz频段内实现超过90％的电磁波吸收率，相对带宽达到104.7％，以米字架透明作为二进制编码谐振图案的吸波体对15.6～49.5GHz频段内实现超过90％的电磁波吸收率，相对带宽达到104％，这项技术采用透明介质作为衬底，并通过利用二进制编码和真实编码相结合的方法，实现超材料吸波体的设计，从而解决吸波体宽带吸收、光学透明性的难题。
本发明基于拓扑优化，提出了两种同时具有光学透明性和宽带吸收的超材料吸波体。以十字架透明作为二进制编码谐振图案的吸波体对16.4～52.4GHz频段内实现超过90％的电磁波吸收率，相对带宽达到104.7％，以米字架透明作为二进制编码谐振图案的吸波体对15.6～49.5GHz频段内实现超过90％的电磁波吸收率，相对带宽达到104％，其厚度(1.35mm)仅为最低吸收频率对应波长的0.07倍，与现有的透明吸收体相比，本发明的设计表现出显著的宽带吸收特性，且本发明透明宽带超材料吸波体由于其灵活性、偏振不敏感、斜入射稳定性和高光传输以及宽带吸收特性，在实际应用中具有潜在的应用前景。
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体，其特征在于，透明宽带超材料吸波体由若干个周期性排列的结构单元组成，所述结构单元包括ITO谐振结构层、第一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)介质层、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)介质层、第二PET介质层和ITO导电薄膜背板，所述ITO导电薄膜背板的上表面集成有所述第二PET介质层，所述第二PET介质层的上表面覆盖有PMMA介质层，所述PMMA介质层的上表面蚀刻有第一PET介质层，所述第一PET介质层的上表面蚀刻有所述ITO谐振结构层，其中：
所述ITO谐振结构层用于实现多频段的电磁波吸收，其中，所述ITO谐振结构层为十字架ITO谐振图案层或米字架ITO谐振图案层，二者择其中一者；
所述十字架ITO谐振图案层的上表面蚀刻有第一十字架编码图案和第二十字架编码图案，所述第一十字架编码图案的规格尺寸大于所述第二十字架编码图案；
所述米字架ITO谐振图案层的上表面蚀刻有第一米字架编码图案和第二米字架编码图案，所述第一米字架编码图案的规格尺寸大于所述第二米字架编码图案；
其中，分别二进制编码第一十字架编码图案为“1”和第二十字架编码图案为“0”或分别二进制编码第一米字架编码图案为“1”和第二米字架编码图案为“0”；
所述第一PET介质层用于改进所述ITO谐振结构层的微波吸收性能；
所述PMMA介质层用于提高所述透明宽带超材料吸波体的透光性；
所述第二PET介质层用于改进所述ITO导电薄膜背板的微波吸收性能；
所述ITO导电薄膜背板用于阻止电磁波透射。
2.根据权利要求1所述一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体，其特征在于，所述十字架ITO谐振图案层的阻值规格为30Ω/sq，所述米字架ITO谐振图案层的阻值规格为20Ω/sq。
3.根据权利要求1所述一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体，其特征在于，所述第一PET介质层与所述第二PET介质层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述第一PET介质层的厚度与所述第二PET介质层的厚度均为0.175mm，所述第一PET介质层的介电常数与所述第二PET介质层的介电常数均为3，所述第一PET介质层的损耗角正切值与所述第二PET介质层的损耗角正切值均为0.06。
4.根据权利要求1所述一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体，其特征在于，所述PMMA介质层为聚甲基丙烯酸甲酯，所述PMMA介质层的厚度为1mm，所述PMMA介质层的介电常数为2.25，所述PMMA介质层的损耗角正切值为0.001。
5.根据权利要求1所述一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体，其特征在于，所述ITO导电薄膜背板的阻值规格为8Ω/sq。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
设定所述透明宽带超材料吸波体的工作参数范围，并对所述结构单元的ITO谐振结构层的上表面进行二进制编码处理，得到编码后的透明宽带超材料吸波体；
采用HFSS仿真模型对所述编码后的透明宽带超材料吸波体进行仿真处理，获取仿真结果；其中，在所述HFSS仿真模型中，采用有限元法对所述透明宽带超材料吸波体进行全波数值模拟，在所述透明宽带超材料吸波体的z轴方向上设置具有法向入射平面横向电场波和横向磁场波的floquet端口，所述透明宽带超材料吸波体的x轴方向的周期性边界和所述透明宽带超材料吸波体的y轴方向的周期性边界用于模拟无限周期单元，频率相关的复S参数通过频域求解器仿真来获得，透明宽带超材料吸波体(TBMA)在垂直入射下的吸收率可以定义为：
A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)
R(ω)＝|S11(ω)|2
T(ω)＝|S21(ω)|2
上式中，A(ω)表示透明宽带超材料吸波体在垂直入射下的吸收率，R(ω)表示从复S参数导出的反射率，T(ω)表示从复S参数导出的透射率；
采用基于MATLAB的遗传算法对所述编码后的透明宽带超材料吸波体进行模拟计算，获取仿真模拟参数；
结合所述仿真结果与所述仿真模拟参数进行性能评估，得到性能评估结果；
若所述性能评估结果不满足预设性能条件，则循环HFSS仿真模型仿真处理步骤与MATLAB的遗传算法模拟计算步骤，直至所述性能评估结果满足预设性能条件；
若所述性能评估结果满足预设性能条件，则输出优化的透明宽带超材料吸波体。
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