本專利涉及雷達(dá)隱身和新型人工電磁材料，尤其涉及一種透明寬帶材料吸波器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的多諧振結(jié)構(gòu)大多是利用多層堆疊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)帶寬的擴(kuò)展，這樣對于透明吸波器而言造價(jià)高，制造困難的同時(shí)，透光性能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的惡化。

本發(fā)明中涉及的新型人工電磁材料(Metamaterials)由一定規(guī)模的亞波長單元結(jié)構(gòu)周期排列組成，通過人工設(shè)計(jì)其單元結(jié)構(gòu)，可以控制材料的等效介電常數(shù)、磁導(dǎo)率、折射率、波阻抗等電磁參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自然界存在的材料所不具有的性質(zhì)。隨著人們對新型人工電磁材料理論研究和應(yīng)用開發(fā)的深入，它在雷達(dá)隱身領(lǐng)域的應(yīng)用也引起了眾多研究人員的興趣。基于超材料諧振吸收的原理，利用多諧振結(jié)構(gòu)，通過采用透明導(dǎo)電材料，降低超材料吸波器在諧振位置處的Q值，將多諧振點(diǎn)融合形成寬帶吸收，與此同時(shí)透明基板與透明導(dǎo)電材料以及透明粘膠劑的使用，使得整體在保證寬帶吸收的同時(shí)維持高的透光性，能夠?qū)崿F(xiàn)在可見光區(qū)透光率≥80％。特別是三層透明寬帶超材料吸波器，可以利用上下兩層有效的保護(hù)內(nèi)部鍍膜層，大大增加了吸波器的環(huán)境耐性，具有高的工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，增強(qiáng)吸波器的隱身性能，本發(fā)明提供一種透明寬帶超材料吸波器。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種透明寬帶超材料吸波器，包括多個(gè)單元結(jié)構(gòu)，所述單元結(jié)構(gòu)包括位于單元結(jié)構(gòu)中心的上層透明諧振結(jié)構(gòu)、中層透明基板及下層透明反射層，所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)位于中層透明基板的上方，所述下層透明反射層位于中層透明基板的下方；所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)為對稱圖形，包括一個(gè)環(huán)和位于環(huán)外圍的帶枝節(jié)環(huán)；所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)與下層透明反射層均為透明導(dǎo)電材料。

優(yōu)選的，還包括上層透明基板和下層透明基板，所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)位于上層透明基板與中層透明基板中間，所述下層透明反射層位于中層透明基板與下層透明基板之間。

優(yōu)選的，所述環(huán)為正方形環(huán)，令單元結(jié)構(gòu)的邊長為a，令中層透明基板的厚度為h，令上層透明諧振結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電材料線寬為d，令規(guī)則方形環(huán)和帶枝節(jié)方形環(huán)之間的間隙為g，令正方形環(huán)的邊長為L，令帶枝節(jié)正方形環(huán)的枝節(jié)長度為L’，取值如下：a＝10mm，h＝3.0mm，g＝0.1mm，d＝0.1mm，L＝2.8mm，L’＝2.8mm。

優(yōu)選的，所述環(huán)為正方形環(huán)，令單元結(jié)構(gòu)的邊長為a1，上層透明基板厚度為h1，中層透明基板厚度為h2，下層透明基板厚度為h3，上層透明諧振結(jié)構(gòu)中所用透明導(dǎo)電材料的線寬為d1，環(huán)帶間隙為g1，正方形環(huán)的邊長為L1，外圍帶枝節(jié)正方形環(huán)的枝節(jié)長為L1’，取值如下：a1＝10mm，h1＝2.0mm，h2＝3.0mm，h3＝2.0mm，g1＝0.7mm，d1＝0.6mm，L1＝2.0mm。

有益效果：相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種透明寬帶超材料吸波器，結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝成熟，加工方便；本發(fā)明使用的單層結(jié)構(gòu)制作工序相對簡單，只需要一步光刻過程，節(jié)省造價(jià)；而對于本發(fā)明中的三層結(jié)構(gòu)而言，與單層結(jié)構(gòu)的加工相比只增加了層與層之間粘接的程序，與傳統(tǒng)多層結(jié)構(gòu)相比避免了多層結(jié)構(gòu)對齊引發(fā)的加工誤差，制備工藝簡單；具有寬帶特性，可以實(shí)現(xiàn)在X波段內(nèi)，使得正入射電磁波反射率10dB以上衰減；在可見光區(qū)具有優(yōu)異的透光性能，能夠?qū)崿F(xiàn)透光率≥80％，具有優(yōu)異的視覺效果，應(yīng)用過程中不會(huì)影響視覺；三層透明寬帶超材料吸波器，透明風(fēng)車機(jī)構(gòu)與透明反射層在上層透明基板與下層透明基板之間，能夠被有效的保護(hù)起來，具有優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)可以做防彈等處理，具有高的實(shí)用價(jià)值。通過合理設(shè)計(jì)吸波器各結(jié)構(gòu)參數(shù)可以使上層透明諧振結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)分別在接近的頻點(diǎn)上產(chǎn)生諧振，從而實(shí)現(xiàn)多諧振達(dá)到拓寬單元帶寬的目的。

附圖說明

圖1a是單層透明寬帶超材料吸波器的單個(gè)單元結(jié)構(gòu)正視圖。

圖1b是單層透明寬帶超材料吸波器的單個(gè)單元結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖1c是單層透明寬帶超材料吸波器的單個(gè)單元結(jié)構(gòu)的尺寸標(biāo)注圖。

圖2a是三層透明寬帶超材料吸波器單個(gè)單元結(jié)構(gòu)正視圖。

圖2b是三層透明寬帶超材料吸波器單個(gè)單元結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖2c是三層透明寬帶超材料吸波器單個(gè)單元結(jié)構(gòu)的尺寸標(biāo)注圖。

圖3是單層透明寬帶超材料吸波器正入射反射率仿真結(jié)果。

圖4是單層透明寬帶超材料吸波器表面的正面示意圖。

圖5是三層透明寬帶超材料吸波器正入射反射率仿真結(jié)果。

圖6是三層透明寬帶超材料吸波器表面的正面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例一：透明寬帶超材料吸波器為單層透明寬帶超材料吸波器，包括多個(gè)周期排列的單元結(jié)構(gòu)，如圖4所示。所述單元結(jié)構(gòu)包括位于單元結(jié)構(gòu)中心的上層透明諧振結(jié)構(gòu)1、中層透明基板2及下層透明反射層3，所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)1位于中層透明基板2的上方，所述下層透明反射層3位于中層透明基板2的下方，如圖1b所示；所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)1為對稱圖形，包括一個(gè)環(huán)和位于環(huán)外圍的帶枝節(jié)環(huán)，本實(shí)施例中的上層透明諧振結(jié)構(gòu)1為正方形環(huán)和位于正方形環(huán)外圍的帶枝節(jié)正方形環(huán)，如圖1a所述的風(fēng)車形狀，也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他對稱圖形，如圓環(huán)和位于圓環(huán)外圍的帶枝節(jié)圓環(huán)、正六邊形環(huán)和位于正六邊形環(huán)外圍的帶枝節(jié)正六邊形環(huán)；所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)1與下層透明反射層3均為氧化銦錫，也可以采用其他透明導(dǎo)電材料，如摻氟二氧化錫、氧化鋅鋁、氧化錫銻、石墨烯薄膜、金屬網(wǎng)格(metal mesh)、金屬納米線材料等。中層透明基板2的材質(zhì)為玻璃，也可以使用其他透明介質(zhì)，如有機(jī)玻璃、石英玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮等。所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)1與下層透明反射層3是鍍在中層透明基板2表面的，所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)1通過蝕刻、光刻或化學(xué)腐蝕形成。

單層透明寬帶超材料吸波器是基于超材料諧振吸收的原理，利用對稱的多諧振結(jié)構(gòu)，通過采用透明導(dǎo)電材料，降低超材料吸波器在諧振位置處的Q值，從而將原有尖銳的吸收峰變的平滑寬泛，這樣就可以將多諧振點(diǎn)融合形成寬帶吸收。上層透明諧振結(jié)構(gòu)1由位于中心的一個(gè)規(guī)則正方形環(huán)和位于外圍的帶枝節(jié)正方形環(huán)構(gòu)成，是典型的多諧振結(jié)構(gòu)單元。通過合理設(shè)計(jì)上層透明諧振結(jié)構(gòu)1的環(huán)帶寬度、環(huán)間縫隙大小、中層透明基板2的厚度以及上層透明諧振結(jié)構(gòu)1、下層透明反射層3的表面電阻，使上層透明諧振結(jié)構(gòu)1的內(nèi)環(huán)和外環(huán)分別在接近的頻點(diǎn)上產(chǎn)生諧振，從而實(shí)現(xiàn)多諧振達(dá)到拓寬單元帶寬的目的。

如圖1c所示，單元結(jié)構(gòu)為正方形，令單元結(jié)構(gòu)的邊長為a，中層透明基板2的厚度為h，上層透明諧振結(jié)構(gòu)1中所用透明導(dǎo)電材料的線寬為d，位于單元中心的規(guī)則正方形環(huán)和位于該正方形環(huán)外圍的帶枝節(jié)正方形環(huán)之間的間隙為g，正方形環(huán)邊長為L，外圍帶枝節(jié)正方形環(huán)的枝節(jié)長為L’。a、h、g、d、L、L’參數(shù)的取值范圍包括，通過尺寸優(yōu)化滿足特定多諧振分布的所有值；所述多諧振分布是指：多諧振位置相互接近且分布于X波段甚至更寬頻帶內(nèi)，與此同時(shí)諧振峰具有低的Q值，以便使諧振峰相互融合，形成寬帶吸收。本實(shí)施例中的各參數(shù)具體設(shè)置如下：a＝10mm，h＝3.0mm，g＝0.1mm，d＝0.1mm，L＝2.8mm，L’＝2.8mm。如圖3可見，結(jié)果顯示在X波段，正入射電磁波反射率衰減10dB以上。

實(shí)施例二：透明寬帶超材料吸波器為三層透明寬帶超材料吸波器，包括多個(gè)周期排列的單元結(jié)構(gòu)，如圖6所示。所述單元結(jié)構(gòu)包括位于單元結(jié)構(gòu)中心的上層透明諧振結(jié)構(gòu)4、上層透明基板5、中層透明基板6、下層透明基板7及下層透明反射層8，所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)4位于上層透明基板5與中層透明基板6之間，所述下層透明反射層8位于中層透明基板6與下層透明基板7之間，如圖2b所示；所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)4為對稱圖形，包括一個(gè)環(huán)和位于環(huán)外圍的帶枝節(jié)環(huán)，本實(shí)施例中的上層透明諧振結(jié)構(gòu)4為正方形環(huán)和位于正方形環(huán)外圍的帶枝節(jié)正方形環(huán)，如圖2a所述的風(fēng)車形狀，也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他對稱圖形，如圓環(huán)和位于圓環(huán)外圍的帶枝節(jié)圓環(huán)、正六邊形環(huán)和位于正六邊形環(huán)外圍的帶枝節(jié)正六邊形環(huán)；所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)4與下層透明反射層8均為氧化銦錫，也可以采用其他透明導(dǎo)電材料，如摻氟二氧化錫、氧化鋅鋁、氧化錫銻、石墨烯薄膜、金屬網(wǎng)格(metal mesh)、金屬納米線材料等。上層透明基板5、中層透明基板6、下層透明基板7的材質(zhì)為玻璃，也可以使用其他透明介質(zhì)，如有機(jī)玻璃、石英玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮等。所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)4與下層透明反射層8是鍍在中層透明基板6表面的，所述上層透明諧振結(jié)構(gòu)4通過蝕刻、光刻或化學(xué)腐蝕形成。所述上層透明基板與中層透明基板、中層透明基板與下層透明基板之間使用透明膠粘劑熱壓成型。

三層透明寬帶超材料吸波器的吸收機(jī)理設(shè)計(jì)與吸收性能調(diào)節(jié)的方法與單層透明寬帶超材料吸波器是類似的，即通過合理設(shè)計(jì)上層透明諧振結(jié)構(gòu)4的環(huán)帶寬度、環(huán)間縫隙大小、上中下層透明基板的厚度以及上層透明諧振結(jié)構(gòu)4、下層透明反射層8的表面電阻，使上層透明諧振結(jié)構(gòu)4的內(nèi)環(huán)和外環(huán)分別在接近的頻點(diǎn)上產(chǎn)生諧振，從而實(shí)現(xiàn)多諧振達(dá)到拓寬單元帶寬的目的。

如圖2c所示，單元結(jié)構(gòu)為正方形，令單元結(jié)構(gòu)的邊長為a1，上層透明基板5厚度為h1，中層透明基板6厚度為h2，下層透明基板7厚度為h3，上層透明諧振結(jié)構(gòu)4中所用透明導(dǎo)電材料的線寬為d1，環(huán)帶間隙為g1，正方形環(huán)的邊長為L1，外圍帶枝節(jié)正方形環(huán)的枝節(jié)長為L1’。a1、h1、h2、h3、g1、d1、L1、L1’參數(shù)的取值范圍包括，通過尺寸優(yōu)化滿足特定多諧振分布的所有值；所述多諧振分布是指：多諧振位置相互接近且分布于X波段甚至更寬頻帶內(nèi)，與此同時(shí)諧振峰具有低的Q值，以便使諧振峰相互融合，形成寬帶吸收。本實(shí)施例選取的參數(shù)具體如下：a1＝10mm，h1＝2.0mm，h2＝3.0mm，h3＝2.0mm，g1＝0.7mm，d1＝0.6mm，L1＝2.0mm，L1’＝2.0mm。如圖5可見，結(jié)果顯示在X波段，正入射電磁波反射率衰減10dB以上。

上述單層以及三層寬帶透明超材料吸波器，均可在X波段實(shí)現(xiàn)正入射電磁波反射率10dB以上衰減。

以上描述和解釋了本發(fā)明的主要特征、基本原理和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理。在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，例如技術(shù)人員可以對上述各種參數(shù)進(jìn)行修改以使其工作在其他波段，或者修改相關(guān)參數(shù)以使其結(jié)構(gòu)、性能與本實(shí)施例有所不同，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同界定。