一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面

本发明属于多频谱兼容技术领域，涉及一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面。

背景技术：

随着探测技术的快速发展，空间中的电磁环境逐渐趋于复杂化。反探测技术的发展也得到了快速的发展。在复杂的电磁环境中，单一频谱的伪装难以满足隐身的需求。因此，多频谱兼容的隐身技术受到越来越多的关注，其相关技术的研究也吸引了大量的研究者对其进行研究，并逐步成为一个研究热点。可见光、红外和微波的隐身技术作为当前比较热门的研究领域，其三者之间的兼容受到了诸多的关注。

超材料是近年来学术界的研究热点之一，它具备一些天然材料所不具备的超常物理性质，其作为一种由亚波长的周期性单元结构组成的人工周期性材料，当工作波长远大于所设计的结构单元的尺寸时，具有等效的介电常数和磁导率。通过设计其表面结构可以灵活的调控超材料的等效介电常数和等效磁导率，进而可以实现异常偏折、完美吸收等超常物理特性。因此，超材料结构的设计为调控电磁波提供了巨大的便利。

红外探测系统是可以对物体发射的红外线(红外辐射)进行感光成像的系统，通过颜色的不同可以体现红外辐射的强弱。很多目标，尤其是拥有大功率的设备，会产生大量的热量，导致局部温度升高，红外辐射较强，极易被红外探测设备发现。常用的红外隐身技术包括控制材料的发射率、控制目标表面温度、释放干扰剂等方式。这些方式往往无法兼顾其他频段的特性。

微波隐身的主要参数是雷达截面积(radarcrosssection，简称rcs)，通过降低目标的雷达截面积可以降低目标被探测的距离。而实现rcs缩减的机理多种多样，采用多机理复合的方式可以有效的拓展微波频段隐身的带宽。

随着探测技术的发展，多种探测手段被逐步应用于各种领域。为了应对日趋复杂的电磁空间环境，多频谱兼容隐身技术成为了研究热点。在多种隐身技术中，红外隐身一般要求材料具有低发射率，根据基尔霍夫定律也就是低吸收率；而雷达隐身则要求材料具有较高的吸收率，这就导致了两者在隐身原理上产生了矛盾，增加了红外和雷达兼容隐身的难度，使其成为了研究的一个热点问题。

为此，本发明提出一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，包括亚克力板；所述亚克力板的上下两面均贴附有pet膜，每个所述pet膜横向和竖向均匀刻蚀有多个第一ito线，划分成多个网格，每个所述网格为一个ito结构；

每个所述ito结构的中间均刻蚀有矩形ito，所述矩形ito的一个端点沿所述ito结构的一个端点刻蚀有第二ito线。

优选地，每个所述ito结构的边长为a＝5.4mm，所述亚克力板的厚度为d1＝2mm，其相对介电常数εr＝2.25，损耗角正切tanδ＝0.001。

优选地，所述第一ito线的宽度为0.2mm，所述矩形ito的边长为b＝1.5mm，所述第二ito线的宽度为e＝0.11mm，所述矩形ito的宽度为0.25mm。

优选地，所述第一ito线、第二ito线和矩形ito的阻值为10ω。

本发明有益效果：本发明所提出的超表面结构三频段均兼容，通过使用透明材料实现了可见光透明性，设计高占空比ito结构实现了红外低发射率，优化表面结构复合多种机理降低同极化反射率实现微波频段的回波缩减，制作工艺简单，设计结构简单，具有强的实用性。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例中超表面的示意图；

图2是本发明实施例中的结构示意图；

图3是本发明实施例中光学透明度测试数据统计图；

图4是本发明实施例中红外发射率测试数据统计图；

图5是本发明实施例中红外辐射性能表征图；

图6是本发明实施例中微波反射率测试数据统计图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，如图1-6所示，包括亚克力板pmma；pmma的上下两面均贴附有涤纶树脂pet结构，每个pet结构横向和竖向均均匀刻蚀有第一ito线(氧化铟锡)，将pet结构划分成若干个ito结构；

每个ito结构的中间均刻蚀有矩形ito，矩形ito的一个端点沿ito结构的端点刻蚀有第二ito线。

本实施例中，

如图2结构设计图所示，(a)图显示了单个ito结构的平面图，(b)图显示了ito结构的截面图；每个ito结构的边长为a＝5.4mm，介质基板即亚克力板pmma的厚度为d1＝2mm，其相对介电常数εr＝2.25，损耗角正切tanδ＝0.001；第一ito线围绕成矩形的内边长为c＝5mm，故第一ito线宽度为0.2mm；矩形ito的外边长为b＝1.5mm，内边长为d＝1mm，故矩形ito的宽度为0.25mm；第二ito线的宽度为e＝0.11mm；第一ito线、第二ito线和矩形ito的阻值为10ω。

在实验室条件下进行光学透过性测试，如图3所示，测试了400-800nm波长范围内透过率。由测试结果可以看出，pmma透过率大于90％以上；ito与结构层的平均透过率约为65％；超表面整体的透过率约为45％，可见光有较好的透过率；

红外发射率的测试如图4所示，设置平均发射率为0.34。图4显示了使用光谱仪对3-14μm的发射率的测试，可以看出在整个红外波段整体的发射率约为0.3；由此可知，本发明设计的高占空比ito结构实现了红外低发射率；

热辐射性能的测试如图5所示，(a)图为加热台样品摆放示意图，(b)图中，当加热到100度时，使用红外热成像仪热成像仪对红外热辐射性能的测试，从图5中可以明显的看出所设计的结构具有较低的红外热辐射；

微波的性能测试如图6所示，(a)图为微波暗室的测试环境，(b)为在不同入射角度下的同极化反射率的仿真曲线，(c)图为x波段吸收率，同极化反射率，交叉极化反射率的仿真图，(d)图为同极化反射率的测试结果；从仿真和测试结果图来看，超表面具有良好的同极化反射率缩减性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，包括亚克力板；所述亚克力板的上下两面均贴附有pet膜，每个所述pet膜横向和竖向均匀刻蚀有多个第一ito线，划分成多个网格，每个所述网格为一个ito结构；

每个所述ito结构的中间均刻蚀有矩形ito，所述矩形ito的一个端点沿所述ito结构的一个端点刻蚀有第二ito线。

2.根据权利要求1所述的可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，每个所述ito结构的边长为a＝5.4mm，所述亚克力板的厚度为d1＝2mm，其相对介电常数εr＝2.25，损耗角正切tanδ＝0.001。

3.根据权利要求2所述的可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，所述第一ito线的宽度为0.2mm，所述矩形ito的边长为b＝1.5mm，所述第二ito线的宽度为e＝0.11mm，所述矩形ito的宽度为0.25mm。

4.根据权利要求3所述的可见光-红外-微波三频段兼容的超表面，其特征在于，所述第一ito线、第二ito线和矩形ito的阻值为10ω。

技术总结
本发明提供一种可见光‑红外‑微波三频段兼容的超表面，包括亚克力板；亚克力板的上下两面均贴附有涤纶树脂结构，每个涤纶树脂结构横向和竖向均均匀刻蚀有第一ITO线，将涤纶树脂结构划分成若干个ITO结构；通过对结构参数的优化设计，设计具有较高占空比的ITO结构；在可见光频谱，由于使用的材料为透明材料，因此所设计的样件具有光学透明特性；在红外频谱，所设计的结构具有高ITO占空比的属性，因此具有较低的红外发射率；在微波频段，通过极化转化和电磁波的吸收机理共同实现了同极化的反射率的缩减。该结构可以根据不同的载体进行定制，实现多频谱伪装的功能，其制作基于激光雕刻方法实现，成本较低，加工精度较高，具有较强的应用价值。

技术研发人员：王甲富;朱瑞超;蒋进明;徐翠莲;贾宇翔;随赛;张忠涛;翟伊鹏;楚遵天;屈绍波
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学
技术研发日：2021.04.25
技术公布日：2021.08.06