基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构及制备方法

1.本发明涉及一种微波超材料领域，尤其是涉及一种基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构及制备方法。


背景技术：

2.随着探测技术的多样化和宽频段探测技术的发展，其对宽带低散射性能提出了更高要求，国际上正致力于研究各种目标低可探测技术来实现对探测技术的有效防护。实现目标低可探测技术的本质是降低目标的雷达散射截面(rcs)，主要通过吸收、绕射和散射这三种方法来实现。其中吸收技术存在带宽窄和潜在热辐射的缺陷，绕射技术存在成本高、不易大规模实现的问题，因此散射技术得到人们研究的青睐。
3.但是基于普通平面型的超材料散射结构在进一步拓宽散射带宽过程中也受到了限制，因此考虑使用非平面型结构来进一步拓宽低散射带宽。同时传统的超材料散射结构的底层采用封闭式的导电层结构，阻止了入射微波的透射，同时也影响了内部对外通信效果，不利于在某些天线和雷达上的使用。所以同时具有透射和散射效果的超材料结构也正在成为下一步的发展趋势。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构及制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
5.本发明要解决的技术问题是提供一种基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构，通过引入两种处于不同介质层高度的散射型导电材料实现超宽带低散射效果，通过介质层厚度梯度设计形成了非平面结构，同时底层导电结构的挖孔设计保证了低频正常通信区，实现了超结构的宽带散射透波功能。同时对底层导电层进行部分开孔或结构设计，实现对入射电磁波高频散射和低频透射的效果，使整体结构同时具备散射和透射能力。
6.为实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构，包括：
7.非平面介质层，位于超宽带微波散射透波结构中部，包括第一介质层单元和第二介质层单元，用于为第一导电单元和第二导电单元提供宽带相反相位，有利于形成更宽带的微波低散射效果；
8.第一导电单元，设置在第一介质层单元上；
9.第二导电单元，设置在第二介质层单元上；以及
10.导电层，设置在非平面介质层下表面，用于充当接地效果和对低频微波进行透射的效果。
11.作为本发明的又一方面，还提供了如上所述的基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构的制备方法，包括：
12.步骤1：在第一介质板上表面覆盖第一金属层；
13.步骤2：刻蚀第一金属层，得到第一导电单元；
14.步骤3：刻蚀步骤2中得到的第一介质板，制备得到第一介质层单元；
15.步骤4：在第二介质板上表面覆盖第二金属层；
16.步骤5：刻蚀第二金属层，得到第二导电单元；
17.步骤6：刻蚀步骤5中得到的第二介质板，制备得到第二介质层单元；
18.步骤7：连接步骤3中制备得到的第一介质层单元与步骤6中制备得到的第二介质层单元，形成非平面介质层；
19.步骤8：在非平面介质层下表面制备导电层，完成基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构的制备。
20.基于上述技术方案可以看出，本发明基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构及制备方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：
21.1、本发明通过引入两种处于不同介质层高度的散射型导电材料结构，相对于普通的平面结构具有超宽带效果，能够进一步实现超结构的宽带低散射性能，有利于进一步的工程化应用；
22.2、本发明通过介质层厚度梯度设计形成了非平面结构的超宽带微波散射透波结构，同时对底层导电层进行部分开孔结构设计，保证了低频正常通信区，实现对入射电磁波高频散射和低频透射的效果，使整体结构同时具备宽带高频低散射防护能力和低频透射通信能力。
附图说明
23.图1是本发明实施例中超宽带微波散射透波结构的三维结构示意图；
24.图2是本发明实施例中第一介质层单元与第一导电单元的俯视方向示意图；
25.图3是本发明实施例中第二介质层单元与第二导电单元的俯视方向示意图；
26.图4是本发明实施例中导电层的俯视方向示意图；
27.图5是本发明实施例中超宽带微波散射透波结构在微波低频区透射和高频区宽带散射图；
28.图6是本发明实施例中另一种超宽带微波散射透波结构的三维结构示意图。
29.附图标记说明：
[0030]1‑
导电层；2
‑
非平面介质层；21
‑
第一介质层单元；22
‑
第二介质层单元；31
‑
第一导电单元；32
‑
第二导电单元；41
‑
第一导电组件；42
‑
第二导电组件。
具体实施方式
[0031]
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。
[0032]
本发明公开了基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构，包括：
[0033]
非平面介质层2，位于超宽带微波散射透波结构中部，包括第一介质层单元21和第二介质层单元22，用于为第一导电单元31和第二导电单元32提供宽带相反相位，有利于形成更宽带的微波低散射效果；
[0034]
第一导电单元31，设置在第一介质层单元21上；
[0035]
第二导电单元32，设置在第二介质层单元22上；以及
[0036]
导电层1，设置在非平面介质层2下表面，用于充当接地效果和对低频微波进行透射的效果。
[0037]
在本发明的一些实施例中，所述第一介质层单元21的厚度与第二介质层单元22的厚度不相等；
[0038]
在本发明的一些实施例中，所述第一介质层单元21与第二介质层单元22的排列方式包括m
×
n的棋盘式交叉排列方式或随机排列方式；其中，m≥1，且n≥1。
[0039]
在本发明的一些实施例中，所述非平面介质层2采用的材料包括高频介质材料；
[0040]
在本发明的一些实施例中，所述非平面介质层2采用的材料包括环氧树脂或聚四氟乙烯。
[0041]
在本发明的一些实施例中，所述第一导电单元31包括多个第一导电组件41；其中，多个所述第一导电组件41的排列方式包括a
×
b的矩阵排列方式；其中，a≥2，且b≥2；
[0042]
在本发明的一些实施例中，所述第二导电单元32包括多个第二导电组件42；其中，多个所述第二导电组件42的排列方式包括c
×
d的矩阵排列方式；其中，c≥2，且d≥2。
[0043]
在本发明的一些实施例中，所述第一导电组件41与所述第二导电组件42的形状不相同；和/或，所述第一导电组件41与所述第二导电组件42的形状大小不相同。
[0044]
在本发明的一些实施例中，所述第一导电组件41采用的材料包括金属或导电氧化物；
[0045]
在本发明的一些实施例中，所述导电氧化物为透明导电氧化物；
[0046]
在本发明的一些实施例中，所述第一导电组件41的形状包括对称形状；
[0047]
在本发明的一些实施例中，所述第一导电组件41的形状包括圆形、方形、菱形或十字形。
[0048]
在本发明的一些实施例中，所述第二导电组件42采用的材料包括金属或导电氧化物；
[0049]
在本发明的一些实施例中，所述导电氧化物为透明导电氧化物；
[0050]
在本发明的一些实施例中，所述第二导电组件42的形状包括对称形状；
[0051]
在本发明的一些实施例中，所述第二导电组件42的形状包括圆形、方形、菱形或十字形。
[0052]
在本发明的一些实施例中，所述导电层1上设有镂空结构；
[0053]
在本发明的一些实施例中，所述镂空结构的形状包括对称形状；
[0054]
在本发明的一些实施例中，所述镂空结构的形状包括圆形、方形、菱形或十字形。
[0055]
本发明还公开了如上所述的基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构的制备方法，包括：
[0056]
步骤1：在第一介质板上表面覆盖第一金属层；
[0057]
步骤2：刻蚀第一金属层，得到第一导电单元31；
[0058]
步骤3：刻蚀步骤2中得到的第一介质板，制备得到第一介质层单元21：
[0059]
步骤4：在第二介质板上表面覆盖第二金属层；
[0060]
步骤5：刻蚀第二金属层，得到第二导电单元32；
[0061]
步骤6：刻蚀步骤5中得到的第二介质板，制备得到第二介质层单元22；
[0062]
步骤7：连接步骤3中制备得到的第一介质层单元21与步骤6中制备得到的第二介质层单元22，形成非平面介质层2；
[0063]
步骤8：在非平面介质层2下表面制备导电层1，完成基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构的制备。
[0064]
在本发明的一些实施例中，第一金属层采用的材料包括金、银或铜；
[0065]
在本发明的一些实施例中，第二金属层采用的材料包括金、银或铜；
[0066]
在本发明的一些实施例中，连接所述第一介质层单元21与所述第二介质层单元22的方法包括粘接压合法。
[0067]
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构，包括：
[0068]
位于顶部的两种导电单元(即第一导电单元31和第二导电单元32)，用于对入射微波进行多向散射，形成后向低散射效果；
[0069]
位于中间的非平面介质层2，包括第一介质层单元21和第二介质层单元22，用于给顶部的两种导电单元(即第一导电单元31和第二导电单元32)提供宽带相反相位，有利于形成更宽带的微波低散射效果；
[0070]
底部的不完全遮挡导电层(即导电层1)，用于充当接地效果和对低频微波进行透射的效果；
[0071]
其中，顶部的两种导电单元(即第一导电单元31和第二导电单元32)包括两种形状不同且处于不同介质层高度的导电组件(即第一导电组件41和第二导电组件42)，
[0072]
其中，第一导电组件41以a
×
b的矩阵排列方式形成第一导电单元31，第二导电组件42以c
×
d的矩阵排列方式形成第二导电单元32；
[0073]
第一导电单元31设置在第一介质层单元21上，第二导电单元32设置在第二介质层单元22上；然后通过一定的排布规律分布在顶层的不同位置处；
[0074]
中间的非平面介质层2间隔着顶层的导电单元(即第一导电单元31和第二导电单元32)和底层的导电贴片(即导电层1)，由于两种不同的导电单元对应的介质层(即非平面介质层2)厚度不同，因此整体形成非平面效果，相比于普通平面结构提供了一个高度变量，能够更加灵活地进行反射相位设计，提供超宽带微波低散射效果。
[0075]
底部的不完全遮挡导电层(即导电层1)能够阻挡高频微波透射，同时可透射低频微波，以此形成整体散射透射功能。
[0076]
其中，顶部的两种不同形状的导电组件(即第一导电组件41和第二导电组件42)可采用对称形状，如圆形、方形、菱形、十字形或其他对称结构，保证整体结构的偏振不敏感特性。
[0077]
其中，第一介质层单元21与第二介质层单元22的排布方式可以采用经典的棋盘式交叉排布结构，也可以采用经过随机优化算法设计后的排布顺序，以此提供超宽带低散射效果。
[0078]
其中，第一导电组件41或第二导电组件42均可采用金属材料或具有导电性能的透明导电氧化物材料。
[0079]
其中，中间的非平面介质层2高度梯度值与最终的微波低散射带宽相关，可通过随机算法优化不同高度介质层获得最优宽带。
[0080]
其中，中间的非平面介质2层采用环氧树脂板(fr4)，聚四氟乙烯(ptfe)等高频介质板。
[0081]
其中，底部的不完全遮挡导电层(即导电层1)通过对完整的导电贴片进行挖孔处理，刨去对称型的导电贴片如十字型、圆形等，可对入射高频微波进行阻挡，对低频微波进行透射，实现微波散射透波功能。
[0082]
上述基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构的制备方法，包括：
[0083]
步骤1：刻蚀介质板，制备第一介质层单元21和第一导电单元31；
[0084]
其中，第一导电单元31由菱形导电组件(即第一导电组件41)组成，菱形导电组件(即第一导电组件41)按照3x3的矩阵排列方式排列在第一介质层单元21上表面；
[0085]
步骤2：刻蚀另一块介质板，该介质板与步骤1中的介质板厚度不同，制备第二介质层单元22和第二导电单元32；
[0086]
其中，第二导电单元32由第二导电组件42组成，第二导电组件42为菱形组件，且尺寸小于步骤1中的第一导电组件41，第二导电组件42按照3x3矩阵排列方式排列在第二介质层单元22上表面；
[0087]
步骤3：将第一介质层单元21和第二介质层单元22按照棋盘式交叉排列形式排列并粘接压合，形成具有两种厚度梯度的非平面介质层2；
[0088]
步骤4：在非平面介质层2下表面覆盖导电贴片，对导电贴片进行挖空处理，形成导电层1，完成基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构的制备。
[0089]
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
[0090]
下述实施例中使用的原料均为市售所得或通过公知的制备方法自制得到。
[0091]
实施例1
[0092]
如图1所示，基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构，包括位于中间的非平面介质层2、位于顶部的两种尺寸不同的菱形导电组件(即第一导电组件41和第二导电组件42)和底部的不完全遮挡导电层(即导电层1)，其中导电层1的结构如图4所示；中间的非平面介质层2由第一介质层单元21和第二介质层单元22按照棋盘式交叉排列组成；
[0093]
其中，如图2所示，菱形导电组件(即第一导电组件41)以3
×
3的矩阵排列形式在第一介质层单元21上表面进行排列，形成第一导电单元31；如图3所示，另一尺寸的菱形导电组件(即第二导电组件42)以3
×
3的矩阵排列形式在第二介质层单元22上表面进行排列，形成第二导电单元32；
[0094]
由于两种不同的导电单元(第一导电单元31和第二导电单元32)对应的介质层厚度不同，因此介质层(即非平面介质层2)整体形成非平面效果，相比于普通平面结构介质层提供了一个高度变量，能够更加灵活地进行反射相位设计，提供超宽带微波低散射效果。
[0095]
如图4所示，设置在超宽带微波散射透波结构底部的不完全遮挡导电层(即导电层1)是由覆盖在非平面介质层2底部的导电贴片形成，且导电贴片挖有不同尺寸的圆孔型结构形成，通过设计合适的尺寸的圆孔能够阻挡高频微波透射，同时可透射低频微波，以此形成整体结构的散射透射功能。
[0096]
本实施例提供的基于非平面结构的超宽带微波散射透波结构在微波低频区透射和高频区宽带散射效果如图5所示，其中在高频区8
‑
18ghz处，对入射微波进行多向散射形
成低散射防护效果，在低频区4
‑
6ghz存在一个窄带通信频段，可以用于内外部通信交流。
[0097]
因此，通过介质层厚度梯度设计形成了非平面结构，同时底层导电结构的挖孔设计保证了低频正常通信区，实现了超结构的宽带散射透波功能。
[0098]
实施例2
[0099]
如图6所示，基于非平面结构的随机式排布的超宽带微波散射透波结构，本实施例与实施例1的区别仅在于中间的非平面介质层2由第一介质层单元21和第二介质层单元22按照随机式排列组成。
[0100]
本实施例通过引入两种处于不同介质层高度的散射型导电材料，对其进行随机排布，同时对底层导电层1进行部分开孔或结构设计，实现对入射电磁波高频散射和低频透射的效果，使整体结构同时具备散射和透射能力。
[0101]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。