一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面

本发明涉及多频谱兼容，特别涉及一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面。

背景技术：

1、随着军事探测技术的快速发展和战场环境的日益复杂，在单一频谱内运行的设备满足多频谱应用环境的需求正变得日益具有挑战性；在多光谱配型研究领域中，雷达和红外配型成为重点研究领域；在追求雷达隐身的研究中，吸收电磁波以减少目标的雷达截面(rcs)是主要的研究方法，因此需要具有高吸收率的雷达隐身材料；对于红外隐身而言，材料的发射率越低，意味着红外辐射越弱，从而保证优越的红外隐身能力；根据基尔霍夫定律，发射率越低，吸收率越低，这与雷达隐身材料表现出高吸收率的前提条件相冲突；超表面作为一种人工功能材料，提供了一种结构化的功能设计方法，并为多光谱兼容设计提供了潜力。

2、超表面是一种由周期性亚波长结构组成的二维超材料，具有天然材料所不具备的特殊物理特性；通过结构与排列的结合设计，可以进一步提高超表面em功能的设计自由度；从微波到可见光谱，超表面的一系列引人入胜和实际应用得到了推广；在单光谱中，聚焦透镜和涡旋光束发生器可以通过相位调制定制；此外，复振幅超表面可以实现元全息图和艾里光束发生器；此外，这些超表面可以集成可调谐器件来设计更多的功能；超表面具有体积小、制备工艺简单等优点，非常适合于多光谱兼容设计。

3、在超表面的基础上，一些研究人员提出的多层超表面在8.2～16.0ghz的微波吸收率大于90％，红外发射率低于0.2；一些研究人员设计了一种雷达-红外双隐身超材料，可以降低x波段微波反射，并保持小于0.3的红外发射率；一些研究人员提出了一种用于实现微波rcs还原和热红外隐身的耐热金属超表面；一些研究人员提出了一种多功能超材料，在1.5-9ghz范围内反射零低于10％，在红外大气窗口内热发射率约为0.52；一些研究人员提出了一种多层波长选择发射器和微波超表面，展示了可见光、红外、激光和微波范围的多光谱伪装以及高效的辐射冷却；一些研究人员设计了一种具有光学透射率、微波和红外隐身的超表面，在7.4～13.4ghz范围内实现了-10db的rcs衰减，在3～14μm处实现了0.26的红外发射率和56％的总透射率；但是，目前所设计的这些雷达-红外隐身兼容结构由多层结构组成，微波调制往往局限于单一特性，导致兼容结构复杂、厚度增加及制作复杂，难以应用于空域中的通信及伪装等领域。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，可以解决现有技术中，存在的目前所设计的这些雷达-红外隐身兼容结构由多层结构组成，微波调制往往局限于单一特性，导致兼容结构复杂、厚度增加及制作复杂，难以应用于空域中的通信及伪装等领域的问题。

2、本发明实施例提供一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，包括pmma衬底，所述pmma衬底的顶面设置有第一pet膜，所述第一pet膜的顶面蚀刻有ito结构；

3、所述ito结构包括两个沿第一pet膜顶面中心对称并相对设置的半圆结构，且两个半圆结构之间形成有狭缝；

4、其中，在微波波段的电磁波入射至pmma衬底的顶面时，通过旋转pmma衬底，使pmma衬底顶面的狭缝与固定参照物之间的角度发生变化，反射波在两个半圆结构上以不同的正交极化分量反射，实现反射波幅值和相位的同时调控；将多个pmma衬底分别按不同的方向进行旋转，使多个pmma衬底交替排布成一个超表面元面，当微波频段的电磁波入射至超表面时，反射波多个半圆结构上以不同方向进行反射，实现反射波幅值和相位的同时调控，在微波波段实现艾里波束发生器功能；

5、其中，超表面上多个半圆结构在pmma衬底上的高导电填充率，当红外波段的电磁波入射至超表面时，超表面实现对红外波段电磁波的低红外发射率，实现红外伪装功能；

6、其中，当可见光入射至超表面时，超表面的ito结构、第一pet膜及pmma衬底均为光学透明材料，超表面实现高可见光波段下的多光谱的透明性。

7、优选地，还包括第二pet膜，所述第二pet膜设置于所述pmma衬底的底面。

8、优选地，所述两个半圆结构的半径均为r＝3.4mm，裂隙角为25°。

9、优选地，所述狭缝的缝隙为g＝0.1mm。

10、优选地，所述pmma衬底的厚度为hf＝1.85mm，介电常数为2.25(1-j0.001)。

11、优选地，所述第一pet膜和所述第二pet膜的厚度均为hp＝0.125mm，介电常数为3.0(1-j0.06)。

12、优选地，当pmma衬底旋转90°时，反射波的幅值从0变化至0.8，相位实现180°的变化。

13、优选地，在微波波段中，超表面能产生8-12ghz的艾里波束函数；

14、在红外波段下，超表面在波长为3-14μm处的平均红外发射率为0.3；

15、在可见光下，超表面是透明的，在波长为400～800nm处的透过率为53.90％。

16、本发明实施例提供一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，与现有技术相比，其有益效果如下：

17、本发明通过在pmma衬底的顶面设置第一pet膜，在第一pet膜的顶面蚀刻两个沿第一pet膜顶面中心对称并相对设置的半圆结构，并且两个半圆结构之间形成有狭缝的ito结构；通过旋转pmma衬底，使pmma衬底顶面的狭缝与固定参照物之间的角度发生变化，反射波在两个半圆结构上以不同的正交极化分量反射，实现反射波幅值和相位的同时调控，在微波频段实现高效的艾里波束发生器功能；同时，两个半圆结构的高导电填充率，获得了较低的红外发射率，实现红外伪装功能；此外，ito结构、第一pet膜及pmma衬底均为光学透明材料，实现可见光波段的透明性；在结构上设计简单，且能同时实现微波频段内幅值和相位的同时调控、较低的红外发射率及可见光透明度，可在空域中的通信及装备全频段伪装方面广泛应用。

技术特征：

1.一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，包括：pmma衬底(3)，所述pmma衬底(3)的顶面设置有第一pet膜(2)，所述第一pet膜(2)的顶面蚀刻有ito结构(1)；

2.根据权利要求1所述的一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，还包括第二pet膜(4)，所述第二pet膜(4)设置于所述pmma衬底(3)的底面。

3.根据权利要求1所述的一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，所述两个半圆结构的半径均为r＝3.4mm，裂隙角为25°。

4.根据权利要求1所述的一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，所述狭缝的缝隙为g＝0.1mm。

5.根据权利要求1所述的一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，所述pmma衬底(3)的厚度为hf＝1.85mm，介电常数为2.25(1-j0.001)。

6.根据权利要求2所述的一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，所述第一pet膜(2)和所述第二pet膜(4)的厚度均为hp＝0.125mm，介电常数为3.0(1-j0.06)。

7.根据权利要求1所述的一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种红外、微波幅相同调和高可见光的多光谱兼容超表面，涉及多频谱兼容技术领域，本发明通过在PMMA衬底顶面设置第一PET膜，在第一PET膜顶面蚀刻两个沿第一PET膜顶面中心对称并相对设置的半圆结构，并且两个半圆结构之间形成有狭缝的ITO结构；通过旋转PMMA衬底，使PMMA衬底顶面狭缝的角度发生变化，反射波在两个半圆结构上反射，实现反射波幅值和相位的同时调控；同时，两个半圆结构的高导电填充率，获得低的红外发射率；此外，ITO结构、第一PET膜及PMMA衬底均为光学透明材料，实现可见光波段的透明性；结构设计简单，且能同时实现微波频段内幅值和相位的同时调控、较低的红外发射率及可见光透明度，可在空域中的通信及装备全频段伪装方面广泛应用。技术研发人员：朱瑞超,孙辉廷,蒋娟娜,吴凡,随赛,贾宇翔,王军,王甲富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：技术公布日：2024/9/2