CN1429070A - 一种电磁屏蔽观察窗 - Google Patents
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Abstract
一种电磁屏蔽观察窗，由单层或多层的金属丝网以及量子阱结构的单层或多层的光学薄膜和透明的衬底材料构成，每层金属丝网由单组拉直或多组拉直的金属细丝构成，每组金属细丝中的任意两根金属细丝都在同一平面内且彼此平行，光学薄膜为含有单层金属膜或多层金属膜的金属介电介质多层膜，该光学薄膜由对称放置在两侧的诱导层和中间的功能层构成，形成量子阱结构，诱导层由两层不同的透明介质薄膜构成，功能层复合在对称放置的诱导层之间，该光学薄膜镶嵌在微波腔体表面，与微波腔体紧密复合，本发明在屏蔽所要求的微波波段的同时仍然保持良好的可见光透射的特性，可用于各种防电磁污染、防信息泄露的视窗窗口材料或透明体材料。
Description
技术领域：
本发明涉及一种用于电磁波屏蔽的构造，特别是一种由金属网和量子阱对称结构的光学复合薄膜构成的可见区域透明的电磁屏蔽观察窗。
背景技术：
已有技术中，不用于发射的微波一般用一个导电的封闭腔体限制，这个微波腔体一般由金属构成，例如金属的微波谐振腔或者内部有一些射频电路设计的金属壳层等等，例如计算机监视器等。有时因实际的需要在这个壳层上要求有透明的部分，且有效地屏蔽电磁波，用于电磁波屏蔽的观察窗可作为此种透明的部分，现有技术中，用于电磁波屏蔽的观察窗有金属丝网以及多层的金属介电多层膜等材料。其中，用于电磁波屏蔽的金属丝网观察窗由金属丝网浇铸在透明的材料如二氧化硅中形成，但其工作截止频率对应的微波波长大于等于金属丝网中网孔最大距离的2倍，随着频率的增高，如果要达到对1G赫兹以上—如50DB以上—的电磁波的良好屏蔽效果，则金属丝要编制得更加密集，网眼也要求更小，同时要求使用更多层的金属丝网或更多组的金属丝，这会大大降低观察窗的透明效果，所以该种微波观察窗的工作频率被限制在在1M(106)赫兹到1G(109)赫兹之间。而用于电磁波屏蔽的金属介电多层膜的屏蔽区间可以覆盖从红外到微波以及波长更长的所有电磁波频率，如果选取合适的结构设计和材料，还可以屏蔽紫外，例如在多层膜中采用二氧化钛薄膜。金属本身对可见光有强烈的吸收，金属膜很厚，透明度显著下降，例如单层50纳米厚的银膜透过率峰值不到7％，如果用相对较薄的多层金属膜可以大大提高可见光区域的透射率峰值和高透明区域的宽度，但是此时金属膜的电导率比金属体材料的电导率有明显的下降，如果采用过薄的金属膜也不能得到很理想的微波屏蔽效果，采用过多层数的金属膜也会导致可见光区域透射率的明显下降而失去窗口的透明效果，上述原因也决定了理想透明程度的金属介电多层膜对于1G以上的微波很难有超过50DB的衰减效果，因此不能用作较高频率下的微波观察窗。
发明内容：
本发明的目的在于解决已有技术中的上述问题，本发明为解决已有技术中的上述问题所采用的技术方案是，提供一种由单层或多层的金属丝网和量子阱对称结构的光学复合薄膜构成的电磁屏蔽观察窗，所述的电磁屏蔽观察窗可以在保证40-60％透射率的同时，对1G赫兹到10G赫兹微波、10G赫兹到30G赫兹的微波、以及30G以上的所有更高频率的微波波段都有50DB以上的屏蔽。
在本发明中，所述的单层或多层的金属丝网的特征在于：任一层金属丝网由单组拉直或多组拉直的金属细丝构成，每组金属细丝中的任意两根金属细丝都在同一平面内且彼此平行，任意一组金属细丝中的任意一根金属细丝到另一组金属丝所处平面的投影与该组金属丝的取向夹角在大于0小于180度之间，所述的任意一组金属细丝中的任意相邻两金属细丝之间的距离在0.3毫米到50毫米，所述的金属细丝的直径在0.005毫米到5毫米之间。材料采用导电性能良好的金属或者合金，如金、银、铜、铝、不锈钢等，每根金属细丝的两端都达到或者超过相应窗口所在的位置而完全覆盖窗口。
本发明中所述的金属介电复合薄膜完全覆盖于透明的衬底材料上，所述的金属介电复合薄膜和已有技术中的微波腔体材料零间隙复合，其结构类似于半导体量子阱结构，所述的金属介电复合薄膜由对称放置的两个诱导层和中间的功能层构成，所述的对称放置在功能层两边的诱导层分别为透明的双层介质薄膜衬底，其结构和各层薄膜的排列分别如A1B1和B2A2，其中A1、A2和B1、B2分别代表具有不同折射率的两种透明材料，如硫化锌和氟化镁，每个诱导层的实际厚度在2.0纳米到10000.0纳米之间，所述的功能层的厚度在3.0纳米到10000.0纳米之间，可以由一种、两种或两种以上的介质膜以及金属膜构成；所述的功能层包含至少一层金属介质膜，或者由多层的金属膜、介电或半导体介质膜构成，每层金属膜两边为介电介质膜或者半导体膜，厚度在3.0纳米到10000.0纳米之间的功能层复合在对称放置的诱导层之间，结构如A1B1CB2A2，前面的A1B1对应一个诱导层，后面的B2A2对应另一个诱导层，中间的C对应单层的金属层或多层的金属层中的复合介电介质薄膜或者半导体介质薄膜所构成的功能层，至少有一侧的诱导层和透明的衬底材料复合，例如诱导层中的薄膜A1或A2和透明的衬底材料复合，或者两侧的薄膜A1或A2同时和透明的衬底材料复合，复合的方法可以用电子束蒸发或者溅射的方法实现，诱导层与功能层之间、各部分中相邻的各层薄膜之间的复合也可以用电子束蒸发或者溅射的方法实现。
根据对微波屏蔽和可见光区透明的要求，任意一组金属丝中相邻的两根金属细丝之间的垂直距离小于等于所要求的截止微波波长的1/2倍或者1/4倍、或1/5倍、或1/6倍、或1/10倍、或1/20倍、或1/2000倍，本发明的电磁屏蔽观察窗随着上述的距离的变小对微波的屏蔽能力提高，工作波长的下限变小，工作频率区间的截止频率上限提高，同时可见光的透过率下降。
所述的金属介电复合薄膜中的介电薄膜可以采用二氧化钛薄膜，可以达到同时屏蔽紫外的效果。功能层中可以设置有多层金属膜，在金属膜总厚度和金属膜层数一定的条件下，功能层中最中间的金属膜厚度大于每层金属膜的平均厚度，同时从最中间的金属膜开始向两边诱导层接近的金属膜的厚度逐层减小，此时可以在较宽的可见光范围内得到高透射区域较宽、透射率的起伏较小的透明特点，此时包括功能层和两侧的诱导层的整体结构都接近或者达到中心对称。在保持两边诱导层各自的总光学厚度的同时，在固定各诱导层的光学厚度的条件下，调节各诱导层中两种不同的透明介质的厚度，通过传输矩阵的数值计算方法得到高透射区域内平均透射率的3％到10％以内落差的透射谱。本发明所述的两个诱导层可以采用多于一个周期的双层透明薄膜结构，例如ABAB...AB，相应的在功能层另一侧为BABA...BA，本发明所述的两功能层中可以同时掺杂上述单周期或者多周期的诱导层形成多重量子阱结构，此时可以在得到在要求的某特定可见区域的高透射特性。总之，本发明中的金属介电多层膜结构优先选择是两侧的诱导层有相同的周期数和相同的光学总厚度的情况，此时由于多次共振反射效应而更容易达到有很宽的高透射区域等本发明所希望的效果。所述的量子阱结构的金属介电复合薄膜可以在允许一部分或绝大部分可见光透射的同时，屏蔽绝大部分红外辐射和波长更长的其它电磁波辐射，或者在要求的可见波段高透射的同时屏蔽绝大部分的红外辐射和波长更长的其它电磁波辐射。
本发明关于金属丝网的优先选择为：至少有两组金属丝互相垂直，光学薄膜中至少有一层金属薄膜与微波腔体导通或接地，这样可以减小可能产生的涡旋电流。当金属介电多层膜中至少有一层金属薄膜与至少一组金属细丝中的至少一根金属细丝导通时，可以完全屏蔽将金属丝网与光学薄膜之间的光程作为四分之一波长的这一特定频率的微波。获得对该特定波长微波的优异屏蔽效果，此时的光金属介电多层膜可以用金属丝网或者铟锡氧化物膜代替。
本发明中金属丝网可以浇铸在一端复合有金属介电多层膜的聚酯、玻璃、有机玻璃等透明材料中，或用透明的粘接剂粘接或复合在有金属介电多层膜的透明衬底上，或者直接复合在金属介电多层膜上，复合可以用电子束蒸发或者溅射等方法。
本发明和已有技术对比，综合了不同技术的优点，具体包括：1)较稀疏的金属丝网即可达到对1G到30G赫兹之间的微波20-30DB的屏蔽衰减作用，同时有很好的透明效果。2)具有量子阱结构的金属介电薄膜复合材料在很宽的频率范围内对微波有30-40DB的屏蔽衰减作用，并且在可见光区域保持良好的透明性能。3)在大功率微波辐射的情况下，金属丝网对微波有很大的衰减作用从而使得薄膜不容易聚集大量的热量而导致层间的断裂。4)利用四分之一波片结构可以得到对某一特定微波频率的完全屏蔽效果。
总体而言，本发明在保证可见光区域较好透过特性的同时屏蔽要求的微波波段以及波长更长的电磁波辐射，如微波、无线电波同时得到在可见光区域理想的透明度，可以用于防电磁污染、防微波泄露、以及电磁兼容等方面。
附图说明：
图1是本发明的一种电磁屏蔽观察窗的结构示意图。
图2是本发明的一种电磁屏蔽观察窗中有关金属介电多层膜中的功能层结构的示意图。
图3是本发明的一种电磁屏蔽观察窗中金属丝网在观察窗平面内的垂直投影示意图。
具体实施方式：
本发明一种电磁屏蔽观察窗，由单层或多层的金属丝网和量子阱对称结构的光学复合薄膜构成，所述的电磁屏蔽观察窗可以在保证40-60％透射率的同时，对1G赫兹以上的更高频率的微波波段有50DB以上的屏蔽。
在本发明中，所述的单层或多层的金属丝网的特征在于：任一层金属丝网由单组拉直或多组拉直的金属细丝构成，每组金属细丝中的任意两根金属细丝都在同一平面内且彼此平行，任意一组金属细丝中的任意一根金属细丝到另一组金属丝所处平面的投影与该组金属丝的取向夹角在大于0小于180度之间，所述的金属细丝的直径在0.005毫米到5毫米之间，材料采用导电性能良好的金属或者合金，如金、银、铜、铝、不锈钢等，每根金属细丝的两端都达到或者超过相应窗口所在的位置而完全覆盖窗口。
本发明中所述的金属介电复合薄膜完全覆盖于透明的衬底材料上，所述的金属介电复合薄膜和已有技术中的微波腔体材料零间隙复合，其结构类似于半导体量子阱结构，所述的金属介电复合薄膜由对称放置的两个诱导层和中间的功能层构成，所述的对称放置在功能层两边的诱导层分别为透明的双层介质薄膜衬底，其结构和各层薄膜的排列分别如A1B1和B2A2，其中A1、A2和B1、B2分别代表具有不同折射率的两种透明材料，如硫化锌和氟化镁，每个诱导层的实际厚度在2.0纳米到10000.0纳米之间，所述的功能层的厚度在3.0纳米到10000.0纳米之间，可以由一种、两种或两种以上的介质膜以及金属膜构成；所述的功能层包含至少一层金属介质膜，或者由多层的金属膜、介电或半导体介质膜构成，每层金属膜两边为介电介质膜或者半导体膜，厚度在3.0纳米到10000.0纳米之间的功能层复合在对称放置的诱导层之间，结构如A1B1CB2A2，前面的A1B1对应一个诱导层，后面的B2A2对应另一个诱导层，中间的C对应单层的金属层或多层的金属层中的复合介电介质薄膜或者半导体介质薄膜所构成的功能层，至少有一侧的诱导层和透明的衬底材料复合，例如诱导层中的薄膜A1或A2和透明的衬底材料复合，或者两侧的薄膜A1或A2同时和透明的衬底材料复合，复合的方法可以用电子束蒸发或者溅射的方法实现，诱导层与功能层之间、各部分中相邻的各层薄膜之间的复合也可以用电子束蒸发或者溅射的方法实现。
根据对微波屏蔽和可见光区透明的要求，任意一组金属丝中相邻的两根金属细丝之间的垂直距离小于等于所要求的截止微波波长的1/2倍或者1/4倍、或1/5倍、或1/6倍、或1/10倍、或1/20倍、或1/2000倍，本发明的电磁屏蔽观察窗随着上述的距离的变小对微波的屏蔽能力提高，工作波长的下限变小，工作频率区间的截止频率上限提高，同时可见光的透过率下降。
所述的金属介电复合薄膜中的介电薄膜可以采用二氧化钛薄膜，可以达到同时屏蔽紫外的效果。功能层中可以设置有多层金属膜，在金属膜总厚度和金属膜层数一定的条件下，功能层中最中间的金属膜厚度大于每层金属膜的平均厚度，同时从最中间的金属膜开始向两边诱导层接近的金属膜的厚度逐层减小，此时可以在较宽的可见光范围内得到高透射区域较宽、透射率的起伏较小的透明特点，此时包括功能层和两侧的诱导层的整体结构都接近或者达到中心对称。在保持两边诱导层各自的总光学厚度的同时，在固定各诱导层的光学厚度的条件下，调节各诱导层中两种不同的透明介质的厚度，通过传输矩阵的数值计算方法得到高透射区域内平均透射率的3％到10％以内落差的透射谱。本发明所述的两个诱导层可以采用多于一个周期的双层透明薄膜结构，例如ABAB...AB，相应的在功能层另一侧为BABA...BA，本发明所述的两功能层中可以同时掺杂上述单周期或者多周期的诱导层形成多重量子阱结构，此时可以在得到在要求的某特定可见区域的高透射特性。总之，本发明中的金属介电多层膜结构优先选择是两侧的诱导层有相同的周期数和相同的光学总厚度的情况，此时由于多次共振反射效应而更容易达到有很宽的高透射区域等本发明所希望的效果。所述的量子阱结构的金属介电复合薄膜可以在允许一部分或绝大部分可见光透射的同时，屏蔽绝大部分红外辐射和波长更长的其它电磁波辐射，或者在要求的可见波段高透射的同时屏蔽绝大部分的红外辐射和波长更长的其它电磁波辐射。
本发明关于金属丝网的优先选择为：至少有两组金属丝互相垂直，当金属介电多层膜中至少有一层金属薄膜与至少一组金属细丝中的至少一根金属细丝导通时，可以获得对波长对应于某一波长的电磁波的优异屏蔽效果，此时多层膜到金属丝网之间的光学厚度接近或近似等于该波长的1/4倍，膜中至少有一层金属薄膜与微波腔体导通或接地，这样可以减小或者消除可能产生的涡旋电流。
本发明中金属丝网可以浇铸在一端复合有金属介电多层膜的聚酯、玻璃、有机玻璃等透明材料中，或用透明的粘接剂粘接或复合在有金属介电多层膜的透明衬底上，或者直接复合在金属介电多层膜上，复合可以用电子束蒸发或者溅射等方法。
如图1所示，实现本发明的优选方式是：本发明一种量子阱结构的电磁屏蔽观察窗，由单层的金属丝网以及量子阱结构的多层金属介电多层薄膜构成，其中所述的金属丝网如图1中的4部分所示，由两组互相垂直的铜丝构成，铜丝的直径为0.045毫米，每组铜丝中任意两根相邻的平行铜丝之间的距离为2毫米，所述的两组铜丝分别设置在两个相互平行的平面中，所述的两组铜丝浇铸在石英玻璃中，所述的石英玻璃的一面复合有量子阱结构的单层金属介电多层薄膜。本发明中的多层膜结构由诱导层1、3和功能层2构成，所述的诱导层1、3分别由两层透明介质薄膜A1、B1和B2、A2构成，所述的功能层2采用金属银，所述的功能层2复合在诱导层1、3之间，所述的功能层2的厚度在3纳米到9000纳米之间，所述的功能层为单层金属膜。如图3所示，在本发明的另一个优选实施例中，金属丝可以采用0.04毫米直径的金属银丝，每组金属银丝中任意两根相邻的平行金属银丝之间的距离为3毫米，所述的功能层2也可以由多层的金属膜和介电介质膜构成，将所述的功能层复合到所述的诱导层可以采用已有技术中的电子束蒸发或者溅射的方法。如图2所示，在本发明的一个优选实施例中，诱导层1、3中的薄膜A1、A2都采用硫化锌，两者厚度相同，在2纳米到150纳米之间，薄膜B1、B2都采用氟化镁，两者厚度相同，在2纳米到250纳米之间，诱导层1，3对称放置，两诱导层的光学总厚度相同，功能层2采用厚度在5纳米到60纳米的单层金属银膜，在本发明的另一个优选实施例中，诱导层1、3中的薄膜A1、A2采用硫化锌，两者厚度相同，在2纳米到150纳米之间，薄膜B1、B2采用氟化镁，两者厚度相同，在2纳米到250纳米之间，诱导层1，3对称放置，两诱导层的光学总厚度相同，功能层2采用3层厚度为5纳米到60纳米的金属银膜和2层厚度为100纳米到200纳米的氟化镁薄膜，其排列方式为每两层金属薄膜中间夹一层介质薄膜。
Claims (24)
1、一种电磁屏蔽观察窗，设置在已有技术中的微波腔体上，其特征在于：所述的电磁屏蔽观察窗由单层或多层的金属丝网以及单层或多层的光学薄膜构成，所述的光学薄膜和微波腔体零间隙复合，所述的光学薄膜由对称放置的两个诱导层和中间的功能层构成，所述的对称放置在功能层两边的诱导层分别为透明的双层介电介质或半导体薄膜衬底，所述的功能层为单层金属膜或者含有多层金属膜的金属介电介质多层膜，所述的金属丝网由至少两组金属细丝构成，其中任意一组金属细丝中相邻的两根金属细丝之间的垂直距离小于等于所述的微波腔体中使用的最小截止微波波长的1/2倍，所述的金属丝网与所述的光学薄膜复合。
2、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的金属丝网由一组或多组拉直的金属细丝构成。
3、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的任意一组金属细丝中的任意两根金属细丝都处于同一平面内且彼此平行。
4、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的任意一组金属细丝中的任意一根金属细丝到另一组金属丝所处平面的投影与该组金属丝的取向夹角在大于0小于180度之间。
5、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的金属细丝的直径为0.005毫米到5毫米。
6，如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的任意一组金属细丝中的任意相邻两金属细丝之间的距离在0.3毫米到50毫米。
7、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的任意一组金属丝至少与另一组金属丝垂直。
8、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：构成金属丝网的材料为金。
9、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：构成金属丝网的材料为银。
10、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：构成金属丝网的材料为铜。
11、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：构成金属丝网的材料为铝。
12、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：构成金属丝网的材料为不锈钢。
13、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的金属丝网与所述的光学薄膜的复合是通过将金属丝网浇铸于聚脂材料之中来实现。
14、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的金属丝网与所述的光学薄膜的复合是将金属丝网浇铸于树脂材料之中来实现。
15、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的金属丝网与所述的光学薄膜的复合是将金属丝网浇铸于石英玻璃之中。
16、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的功能层中的介电介质膜为二氧化钛。
17、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的诱导层中的介电介质膜为二氧化钛。
18、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的金属丝网与所述的光学薄膜的复合是将金属丝网粘接到所述的光学薄膜中的衬底材料的两侧。
19、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的光学薄膜中的两侧的诱导层光学厚度相同，所述的功能层复合在对称放置的诱导层之间，结构如A1B1CB2A2，前面的A1B1对应所述的由两层不同的透明介质薄膜构成的一个诱导层，后面的B2A2对应所述的由两层不同的透明介质薄膜构成的另一诱导层，中间的C代表功能层。
20，如权利要求19所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的功能层中同时掺杂诱导层，形成多重的量子阱结构。
21、如权利要求18所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的光学薄膜中至少有一层金属薄膜与至少一组金属细丝中的至少一根金属细丝导通。
22、如权利要求18所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：对于单频的微波腔，金属丝网与光学薄膜之间的光程为所述的微波腔的工作频率的四分之一。
23、如权利要求22所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的光学薄膜可以采用铟锡氧化物膜或金属丝网。
24、如权利要求1所述的一种电磁屏蔽观察窗，其特征在于：所述的光学薄膜中至少有一层金属薄膜与微波腔体导通或接地。
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