CN111123417A - 一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置 - Google Patents
一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111123417A CN111123417A CN202010030352.7A CN202010030352A CN111123417A CN 111123417 A CN111123417 A CN 111123417A CN 202010030352 A CN202010030352 A CN 202010030352A CN 111123417 A CN111123417 A CN 111123417A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- terahertz
- terahertz wave
- resistance silicon
- angle
- waves
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005464 sample preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 238000001328 terahertz time-domain spectroscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/003—Light absorbing elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
- G01N21/3586—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation by Terahertz time domain spectroscopy [THz-TDS]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置，包括太赫兹波产生单元、高阻硅尖锥样品以及太赫兹波测试单元，所述太赫兹波产生单元用于产生任意偏振态的太赫兹波，所述高阻硅尖锥样品包括阵列排布的多个高阻硅微尖锥，所述太赫兹波测试单元包括旋转电机、太赫兹时域光谱仪以及太赫兹波收集臂，所述旋转电机用于控制太赫兹时域光谱仪，以任意旋转高阻硅尖锥样品的方位角和任意改变太赫兹波收集臂的角度。本发明能够实现宽频带且高效率的对太赫兹波的吸收；可以适用于任意角度的太赫兹波入射；可以适用于任意偏振的太赫兹入射波，对入射太赫兹波的偏振无选择性，可以实现任意角度的太赫兹波反射收集。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹与雷达隐身领域，特别设计一种易实现、廉价、超宽带、无偏振依赖、高吸收效率、稳定可靠的太赫兹波隐身装置。
背景技术
隐身技术是指在特定检测环境中，可以通过控制目标的各种特征信号来降低目标的可检测性，并使其难以发现、跟踪、识别和被攻击。在实际战斗中，隐身技术可以有效地提高生存能力和穿透能力以及武器战斗力。目前，大多数关于隐身技术的研究主要集中在GHz频段上。太赫兹波一般是指辐射频段在0.1-10THz之间的电磁辐射。太赫兹波不仅兼具微波和红外波的优势，还具有十分独特的频段优势。近年来，太赫兹技术在航空航天、通信雷达、安检成像、生物医学、天文等众多领域都取得了重大突破，可与多个学科进行广泛而深入的融合，成为了研究热点。
太赫兹波隐身材料是一类在太赫兹电磁波频段具备低反射、高吸收率的吸波材料。现阶段应用的新型太赫兹波探测雷达能够适应十分复杂的战场环境，实现了对现有隐身技术的新突破。目前大多数的隐身武器是为了GHz波雷达而设计的，能够降低GHz波雷达散射截面的面积，实现对GHz频段电磁波的吸收。
太赫兹波的波长比GHz波的波长短，因此太赫兹波对隐身材料和结构提出了更高的要求。现有的太赫兹波隐身材料从原理上可以划分为两类：第一类是微纳米结构的超材料，通过微纳米结构的设计，以结构吸收为主；第二类是碳基吸波材料，利用特殊材料对太赫兹波的吸收性能，以材料本身的吸收为主。
第一类所涉及的超材料是共振型吸波材料，利用亚波长的周期阵列对电导率和磁导率进行调控，进而可以在特定的频率上产生很强的吸收。一般来说，超材料是由三层结构组成的，第一层是周期型的金属阵列结构，通过结构的设计和具体几何参数的设定使其满足介电匹配条件，用于衰减太赫兹波的表面反射。第二层结构是具有高折射率的介电层，太赫兹通过介电层发生有效衰减。第三层是金属板，实现全反射，隔绝太赫兹波的透射信号。但是，超材料作为太赫兹隐身材料的局限性在于它只能在某个特定的频率点获得较强的吸收。因此，如何实现高宽带的太赫兹吸收还面临着巨大的挑战。与此同时，该类超材料还会受到太赫兹波入射角、偏振方向等因素的影响。
第二类碳基材料的结构稳定、制备工艺简单，也是一类十分重要的太赫兹隐身材料。但现阶段碳基材料对太赫兹波的吸收率还很低，主要是由两方面的因素造成:首先，碳基复合材料表面的分散性较差，很难形成有效的太赫兹隐身网格结构；其次，太赫兹波在材料的界面处产生了很强的反射。这两方面的因素严重折损了对太赫兹波的隐身性能。因此，如何通过设计调整碳基材料的结构来实现太赫兹波的低反射和高吸收性能仍然是一个重大的挑战。
发明内容
目前还没有高阻硅微尖锥材料在太赫兹隐身材料的应用方面的研究，而本发明通过研究发现，当太赫兹波射入硅微尖锥结构中，硅微尖锥结构可以实现对太赫兹波很强的结构吸收以及实现结构诱导的异常散射的功能，将入射太赫兹波散射到其它角度，实现隐身。
本发明提供了一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置，包括太赫兹波产生单元、高阻硅尖锥样品以及太赫兹波测试单元，
所述太赫兹波产生单元用于产生任意偏振态的太赫兹波；
所述高阻硅尖锥样品包括阵列排布的多个高阻硅微尖锥，用以对以任意角度入射的太赫兹波实现高吸收低反射；
所述太赫兹波测试单元包括旋转电机、太赫兹时域光谱仪以及太赫兹波收集臂，
所述旋转电机用于控制太赫兹时域光谱仪，以任意旋转高阻硅尖锥样品的方位角和任意改变太赫兹波收集臂的角度。
特别地，当太赫兹波的入射角度为30°时，高阻硅尖锥样品将30°时收集到的反射信号降低37.5％，并使散射信号的最大值偏移8°，使最大散射信号减小5.1％。
特别地，各高阻硅微尖锥为高阻硅纳米尖锥。
本发明的有益效果：
1)相比于碳基材料，本发明所利用的高导硅尖锥材料可以极大地降低对太赫兹波的反射性，从而可以实现对于太赫兹波的高吸收和低反射；
2)本发明能够实现宽频带且高效率的对太赫兹波的吸收；
3)本发明可以适用于任意角度的太赫兹波入射；
4)本发明可以适用于任意偏振的太赫兹入射波，对入射太赫兹波的偏振无选择性；
5)本发明所用的硅微尖锥材料的制备成本较低，利用各种常用的样品制备方法即可实现，无需类似各种超材料的复杂高成本的制造工艺，克服了多种已有方案对材料要求高，成本高昂的缺点。
6)本发明可以实现任意角度的太赫兹反射和散射信号的测试。
附图说明
图1为本发明的高效宽频带的太赫兹波隐身装置的主要结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步描述本发明，应该理解，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本发明提供的高效宽频带的太赫兹波隐身装置，包括太赫兹波产生单元、高阻硅尖锥样品以及太赫兹波测试单元，其中，太赫兹波产生单元用于产生任意偏振态的太赫兹波，太赫兹波测试单元包括旋转电机、太赫兹时域光谱仪(TDS)以及太赫兹波收集臂，旋转电机用于控制太赫兹时域光谱仪以任意旋转高阻硅尖锥样品的方位角和改变太赫兹波收集臂的任意角度。特别地，如图1所示，高阻硅尖锥样品包括阵列排布的多个高阻硅微尖锥，例如硅纳米尖锥。
下面通过实验来验证本发明。本发明的太赫兹隐身材料的实验验证是基于太赫兹散射的测量实验，采用在旋转电机控制下的太赫兹时域光谱仪，通过任意旋转高阻硅尖锥样品以改变其方位角，来实现太赫兹波的入射角的任意调控，此调控由计算机控制，同时可通过旋转太赫兹波收集臂来检测太赫兹波的反射、散射和透射信号。
实验方法
为了使验证结果更明确，本实施例采用太赫兹时域光谱仪对高阻硅和高阻硅微尖锥两个样品进行太赫兹波的反射和散射的测量，其中高阻硅样品用于实验对比。为了更好的观测到信号，利用计算机操纵旋转电机来使得太赫兹波分别斜入射打在高阻硅和高阻硅微尖锥样品上，选取入射角为30度，分别测量了高阻硅和高阻硅微尖锥两个样品对太赫兹波的反射信号、散射信号。
实验结果
测量得到，太赫兹波的初始信号为27.3nA大小，高阻硅在30度的反射信号为16.6nA，达到最大值，最大散射率(刚好是反射率)为60％；散射信号在30度反射角两边随着偏离的角度越来越大，信号逐渐减小。硅微尖锥样品在30度时候的反射信号是6.16nA，反射率为22.5％。散射信号在38度的时候达到了最大值15nA，最大散射率为54.9％。
对比两个样品的实验结果可以得出，在30度角入射下，硅微尖锥结构可以把30度时收集到的反射信号降低37.5％；使得散射信号的最大值偏移8度，同时最大散射信号减小5.1％。
本发明利用硅微尖锥材料的结构吸收特性，可以实现高质量高性能的太赫兹隐身材料。同时该硅微尖锥材料不仅可以实现对太赫兹波宽频带的高吸收性能，而且对入射太赫兹波的角度和偏振无依赖。基于此，本发明可以应用于作战武器或者需要规避太赫兹雷达探测的目标的表面，使得目标对太赫兹雷达发出的太赫兹信号发生很强的吸收和散射，大幅度减弱太赫兹雷达的探测能力。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置，其特征在于，包括太赫兹波产生单元、高阻硅尖锥样品以及太赫兹波测试单元，
所述太赫兹波产生单元用于产生任意偏振态的太赫兹波；
所述高阻硅尖锥样品包括阵列排布的多个高阻硅微尖锥，用以对以任意角度入射的太赫兹波实现高吸收低反射；
所述太赫兹波测试单元包括旋转电机、太赫兹时域光谱仪以及太赫兹波收集臂，
所述旋转电机用于控制太赫兹时域光谱仪，以任意旋转高阻硅尖锥样品的方位角和任意改变太赫兹波收集臂的角度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当太赫兹波的入射角度为30°时，高阻硅尖锥样品将30°时收集到的反射信号降低37.5％，并使散射信号的最大值偏移8°，使最大散射信号减小5.1％。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各高阻硅微尖锥为高阻硅纳米尖锥。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010030352.7A CN111123417A (zh) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010030352.7A CN111123417A (zh) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111123417A true CN111123417A (zh) | 2020-05-08 |
Family
ID=70487960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010030352.7A Pending CN111123417A (zh) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111123417A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112833711A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-25 | 北京航空航天大学 | 一种太赫兹波隐身装置 |
| CN113219223A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-08-06 | 北京航空航天大学 | 一种全封闭矩形太赫兹暗室 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104774472A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-15 | 大连东信微波技术有限公司 | 一种超宽频带太赫兹吸波材料 |
| CN105914565A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-08-31 | 电子科技大学 | 一种基于硅纳米针的光控太赫兹波幅度调制器 |
| CN106785475A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 电子科技大学 | 一种基于硅纳米针的太赫兹波宽带吸收材料 |
| CN108254944A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-06 | 电子科技大学 | 硅基微纳米混合结构光控太赫兹波调制器及其制备方法 |
| KR20180102720A (ko) * | 2017-03-07 | 2018-09-18 | 한국기계연구원 | 메타물질에 기반한 물질 검출 장치 |
| CN109509988A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-22 | 中国计量大学 | 蜂窝锥型超宽带太赫兹波吸收器 |
| CN110244476A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-09-17 | 东莞理工学院 | 一种基于硅微纳米结构的太赫兹调制器及其制备方法 |
-
2020
- 2020-01-13 CN CN202010030352.7A patent/CN111123417A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104774472A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-15 | 大连东信微波技术有限公司 | 一种超宽频带太赫兹吸波材料 |
| CN105914565A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-08-31 | 电子科技大学 | 一种基于硅纳米针的光控太赫兹波幅度调制器 |
| CN106785475A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 电子科技大学 | 一种基于硅纳米针的太赫兹波宽带吸收材料 |
| KR20180102720A (ko) * | 2017-03-07 | 2018-09-18 | 한국기계연구원 | 메타물질에 기반한 물질 검출 장치 |
| CN108254944A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-06 | 电子科技大学 | 硅基微纳米混合结构光控太赫兹波调制器及其制备方法 |
| CN109509988A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-22 | 中国计量大学 | 蜂窝锥型超宽带太赫兹波吸收器 |
| CN110244476A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-09-17 | 东莞理工学院 | 一种基于硅微纳米结构的太赫兹调制器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 金浓 等: "硅基金字塔结构光控太赫兹调制器", 《太赫兹科学与电子信息学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112833711A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-25 | 北京航空航天大学 | 一种太赫兹波隐身装置 |
| CN113219223A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-08-06 | 北京航空航天大学 | 一种全封闭矩形太赫兹暗室 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110247196A (zh) | 一种中频宽带透波、高频和低频吸波的频率选择吸波体 | |
| CN111525277A (zh) | 一种二氧化钒超材料加载于介质层的宽带可调吸波器 | |
| CN111123417A (zh) | 一种高效宽频带的太赫兹波隐身装置 | |
| CN109742554B (zh) | 一种双频Ku波段圆极化敏感吸波器 | |
| Li et al. | Ultralow scattering and broadband metasurface using phase adjustable FSS elements embedded with lumped resistors | |
| Liu et al. | Switchable metamaterial with terahertz buffering and absorbing performance | |
| Yuan et al. | Al2O3 based ceramic with polarization controlled meta-structure for high-temperature broadband backward scattering manipulation | |
| Sood et al. | A wideband wide-angle ultra-thin metamaterial microwave absorber | |
| Saxena et al. | Metasurface Instrumented High Gain and Low RCS X-Band Circularly Polarized MIMO Antenna for IoT Over Satellite Application | |
| CN108226575A (zh) | 一种太赫兹宽带超分辨率探针及其探测方法 | |
| Feng et al. | An ultrathin polarization-independent wideband metamaterial absorber for EMC applications | |
| CN114039201B (zh) | 一种分形蝶形太赫兹天线 | |
| CN217086866U (zh) | 分形蝶形太赫兹天线 | |
| Jiang et al. | Novel UWB Vivaldi antenna with low RCS | |
| CN112833711A (zh) | 一种太赫兹波隐身装置 | |
| Ma et al. | Analysis on the stealth characteristic of two dimensional cylinder plasma envelopes | |
| Mu et al. | Design of an ultra-broadband polarization rotating reflective surface for the reduction of radar cross section | |
| CN103700938A (zh) | 一种毫米波的全金属圆极化和线极化“8”字形波束天线 | |
| Zheng et al. | Transmission Enhancement by Antireflective Metasurface for Ground Penetrating Radar Applications | |
| Luo et al. | Ultra-Thin Conformal Metasurface for Backward RCS Reduction of Large Cylindrical Object | |
| Liu et al. | Analysis and optimization of electromagnetic scattering characteristics of two-dimensional metal airfoil covered with metamaterial | |
| Yang et al. | A Ultrabroadband Efficient Practical Terahertz Absorber | |
| Jiang et al. | A single‐beam full‐space scanning leaky‐wave antenna with high‐efficiency based on spoof surface plasmon polaritons | |
| Hou et al. | Research on electronically controlled beam scanning planar reflector array antenna based on liquid crystal material | |
| Kuo et al. | Novel absorbers based on wideband antenna array for RCS reduction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200508 |