一种红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料

摘要

本发明公开了一种对红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料，其从上到下依次包括金属型频率选择表面层I、介质层I、金属型频率选择表面层II、介质层II、电阻膜、介质层III。金属型频率选择表面层均为亚波长贴片型阵列，所用金属具有低红外发射率的特性。本发明利用金属型频率选择表面层I上的两种不同尺寸的贴片产生的相位差来调控相位，进而控制入射电磁波的后向散射来实现对激光与红外兼容的低可探测性，而底部三层实现对微波的吸收。本发明克服了传统吸波覆层材料仅工作在单一波段的局限，实现了对红外、激光和微波的兼容，并且材料结构简单、轻便。

权利要求

1.一种红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料，其特征在于：隐身材料从上到下依次包括金属型频率选择表面层I、介质层I、金属型频率选择表面层II、介质层II、电阻膜层和介质层III；所述金属型频率选择表面层均为亚波长贴片型阵列，所用金属具有低红外发射率的特性，金属型频率选择表面层I、介质层I和金属型频率选择表面层II主要用来实现对激光与红外的低可探测性，介质层II、电阻膜层、介质层III和金属反射平板主要用来实现对微波的吸收；

所述金属型频率选择表面层I的厚度t1为0.05μm～0.1μm，所述介质层I的厚度t2为1μm～2μm，所述金属型频率选择表面层II的厚度t3为0.08μm～0.15μm，所述介质层II的厚度t4为1.6mm～3mm，所述电阻膜层的厚度t5为0.01mm～0.03mm，所述介质层III的厚度t6为

1.2mm～2.8mm；

具有贴片型阵列的所述金属型频率选择表面层I的周期单元尺寸p为2.6μm～4.8μm，其周期单元p的比例系数x1为0.5～0.8,x2为0.1～0.4；

具有贴片型阵列的所述金属型频率选择表面层II的周期单元尺寸q为2.6μm～4.8μm，其周期单元q的比例系数y为0.9～0.98；

所述低红外发射率的金属为金、银、铝、铜或铂；

所述电阻膜层的方阻Rs为20Ω/□～200Ω/□；

所述介质层I的介电常数Er1为1.5～3.5，介电损耗tanδ1为0.001～0.03；

所述介质层II的介电常数Er2为2～6，介电损耗tanδ2为0.001～0.09；

所述介质层III的介电常数Er3为2～8，介电损耗tanδ2为0.001～0.09。

说明书

一种红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料

技术领域

[0001] 本发明涉及多功能新材料领域，尤其涉及一种红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料。

背景技术

[0002] 随着多光谱探测技术的迅速发展，单一功能吸波材料的应用已经不能满足当前的需要，多波段兼容，尤其是激光、红外与微波兼容的新型吸波材料，已成为本领域研究的发展方向。然而，要实现材料在激光、红外与微波波段低可探测性相互兼容，还存在一定的矛盾。原因在于，微波波段要求对电磁波的强吸收低反射，而红外波段要求低吸收高反射，虽然激光也要求对电磁波的强吸收低反射，但其工作在红外波段，与红外波段低可探测产生了矛盾。因此，如何解决这三者之间的矛盾是实现激光、红外与微波低可探测性相互兼容的关键。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是克服以上背景技术提到的矛盾，提供一种红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种激光、红外与微波低可探测性兼容的亚波长结构材料，所述亚波长结构材料从上到下依次为金属型频率选择表面层I、介质层I、金属型频率选择表面层II、介质层II、电阻膜层和介质层III；所述金属型频率选择表面层均为亚波长贴片型阵列，所用金属具有低红外发射率的特性；所述介质层I的介电常数为1.5～3，介电损耗为0.001～0.03，所述介质层II的介电常数为2～6，介电损耗为0.001～0.09。

[0005] 上述的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料中，所述金属型频率选择表面层选用的金属具有低红外发射率的特性，金、银、铝、铜或铂最佳。

[0006] 上述的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料中，所述金属型频率选择表面层I的厚度t1为0.05μm～0.1μm，所述介质层I的厚度为1μm～2μm，所述金属型频率选择表面层II的厚度为0.08μm～0.15μm，所述介质层II的厚度为1.6mm～3mm，所述电阻膜层的厚度为0.01mm～0.03mm，所述介质层III的厚度为1.2mm～2.8mm。对介质层II与介质层III的厚度的限制不是必须的，在低可探测性效果得到保证的前提下，材料的总厚度越小越好，因为总体积和成本都会随之降低，这样的情况下，也会增加材料的适用性。

[0007] 上述的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料中，具有贴片型阵列的所述金属型频率选择表面层I的周期单元尺寸p为2.6μm～4.8μm，其周期单元p的比例系数x1为0.5～0.8,x2为0.1～0.4；具有贴片型阵列的所述金属型频率选择表面层II的周期单元尺寸q为2.6μm～4.8μm，其周期单元q的比例系数y为0.9～0.98；

[0008] 上述的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料中，所述电阻膜层的方阻Rs为20Ω/□～180Ω/□。

[0009] 上述的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料中，所述介质层I的介电常数Er1为1.5～3，介电损耗tanδ1为0.001～0.03；所述介质层II的介电常数Er2为2～6，介电损耗tanδ2为0.001～0.09；所述介质层III的介电常数Er3为2～8，介电损耗tanδ3为0.001～0.09。

[0010] 本发明的上述技术方案主要基于以下原理：对微波波段而言，基本要求是把入射到材料表面的微波吸收掉，尽量减少反射的微波。因此，就要求微波吸收材料的阻抗要近似匹配真空阻抗，这样的话被反射的微波就越小，吸收就越大。对于红外波段，要求其入射到材料表面的红外波最大限度地反射回去，吸收变小，其红外辐射就会降低。而对于激光而言，要求把入射到材料表面的红外激光吸收掉，尽量减小红外激光的反射。可以看到，同样被红外波照射到材料，两者原理截然相反。为了兼容激光与红外波段，本发明采用散射的光学原理替代吸收与反射，使照射到材料的表面的红外波与激光朝各个方向散射以减小反射回波来实现低可探测性。为了实现散射，在本发明中，金属型频率选择表面层I由贴片阵列组成，通过对具有反射相位差的不同贴片的组合来实现对入射红外波的有效散射.散射效果由雷达散射截面(RCS)表示。同时，金属型频率选择表面层II提供反射，并且由于这两层金属层的趋肤深度远小于微波波长，所以微波能透过去，并被微波层吸收掉。

[0011] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0012] (1)本发明克服现有技术不能同时对红外与激光隐身的不足，利用相位调控散射的原理，在满足雷达与红外隐身的同时，还可以实现对激光的隐身，因此扩展了应用范围。

[0013] (2)本发明的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料有效实现了材料在红外、激光和微波的低可探测性功能上的一体化，具有红外、激光和微波低可探测性兼容的显著效果，并且材料具有结构简单和轻薄的特点。

附图说明

[0014] 图1是本发明中红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料的组合原理图，其中，图1(a)是红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料的整体结构图，图1(b)是金属型频率选择表面层I的结构图，图1(c)是金属型频率选择表面层II的结构图。图中，1为金属型频率选择表面层(MFSS)I，2为介质层I，3为金属型频率选择表面层(MFSS)II，4为介质层II，5为电阻膜层，6为介质层III。

[0015] 图2是本发明实施例1中的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料在10.6μm激光波长的远场散射图。

[0016] 图3是本发明实施例1中的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料在红外8-14μm的RCS缩减图。

[0017] 图4是本发明实施例1中的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料在6-26GHz的反射率图。

具体实施方式

[0018] 以下将结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但不因此而限制本发明的保护范围。本发明的实施例中各参数含义如下表1所示。

[0019] 表1红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料的各结构参数及其含义[0020]

[0021] 实施例1：

[0022] 一种本发明的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料，如图1所示，该亚波长结构材料从上到下依次包括金属型频率选择表面层I、介质层I、金属型频率选择表面层II、介质层II、电阻膜和介质层III。其具体各结构参数值如下表2所示。

[0023] 表2实施例1的红外、激光和微波低可探测性兼容的亚波长结构材料各结构参数值[0024]

[0025] 本实施例通过远场散射与RCS缩减量证明本发明对红外与激光的低可探测性效果，并通过反射率证明对微波的吸波效果。图2是本发明在激光或红外波长等于10.6μm时的远场散射图，可以看到显著的散射效果；图3是本发明在激光或红外的波长范围为8-14μm时的RCS缩减图，可以看到在8-14μm实现了接近-10dB的RCS缩减；图4是本发明在6-26GHz的反射率图，可以看到本发明在8.5-25GHz实现了小于-10dB的反射率。本发明实现了对红外、激光与微波的低可探测性。