CN211957940U - 适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面，包括单层氧化铟锡(ITO)薄膜和双层玻璃介质层。传统的低散射超表面采用多层吸波结构实现高RCS缩减性能，在得到宽带的情况下难以保证高透光度。本实用新型基于极化转换和干涉相消理论，同时采用吸收、散射抵消和多向散射三种方法降低雷达散射截面(RCS)，基本结构采用高透光率材料ITO和AR玻璃，结构简单、轻便，并且具有高透光率和宽带RCS缩减的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于隐身技术领域，涉及一种适用于太阳能电池阵的高透光率宽带低散射超表面，具体来说，是一种宽带透明RCS缩减超表面。该种RCS缩减超表面能够用于设计太阳能电池阵的隐身问题，减少太阳能电池阵的后向散射，提高了防雷达侦测能力。
背景技术
随着隐身技术的发展与进步，隐身飞行器平台上的雷达天线***以及各种射频传感器成为雷达散射截面(RCS)的主要贡献源，其隐身技术对于飞行器整体的隐身性能至关重要。
电磁超材料以多种方式及途径实现物体雷达隐身，具有很好的应用前景。电磁吸波超材料相比于纳米吸波材料，其加工工艺简单，成本低。通过调节单元的尺寸和形状，超材料可以实现一些特殊的电磁效应，例如极化转换、波束操控和异常散射等特性，这些特性在太阳能电池阵的隐身技术方面展现了巨大潜力，引起了越来越多的关注。将该结构加载到太阳能电池阵上，可以使得其在保持工作效率变化不大的情况下实现宽带的RCS缩减。
随着现有技术的不断发展，研究高透光率宽带低散射超表面对于电磁波吸收以及极化转换等应用来说具有更高的实用价值，它也是未来机载太阳能电池板隐身的一个重要热点。传统的低散射超表面大多采用加载高阻表面或者集总元件等多层复杂结构的方式实现设计目标，并且传统的低散射超表面更多以不透明基板为主，带来结构复杂、质量庞大、透光度低等问题。因此，本实用新型通过使用高光透材料玻璃和ITO，提供了一种高透低散射超表面；相对于传统结构来说，其更大程度地节约成本，制备方便且结构简单，更具独特性地利用了三种机制缩减了双站RCS。
实用新型内容
发明目的：针对上述背景技术，本实用新型旨在提供一种新颖的、电磁性能优异的低散射超表面，克服上述现有技术中存在的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型设计一种实用新型，所述单元结构包括上层玻璃介质(1)、中层ITO不对称环结构(2)以及下层玻璃介质(3)；所述中层ITO不对称环结构(2)采用化学方法刻蚀在玻璃基板上。
本实用新型所述基于干涉相消和极化旋转的低散射超表面可以用来在宽带上实现单站和双站RCS缩减。总的RCS是共极化和交叉极化RCS的总和。基本单元可以实现将部分入射波转化为交叉极化波反射出去，并通过干涉相消缩减共极化波的能量。基本单元以及其镜像单元之间的相干相消效应，保证了极低的交叉极化单站RCS，较大程度地实现了宽带10dB 单站RCS缩减。基本单元以及其镜像单元组成“0-1”编码超表面，通过随机排布实现了散射波的漫反射，降低了单站和双站RCS。
适用于太阳能电池阵的高透光率宽带低散射超表面具有以下优点：
(1)、本实用新型通过ITO高阻表面，提供了一种完美匹配太阳能电池阵的高透光率宽带低散射超表面；相对于传统的低散射超表面利用多层结构实现宽带来说，本实用新型观点新颖，极具创新且结构更为简单，制备更为方便；
(2)、本实用新型通过将ITO超表面与高透玻璃相结合，在保证良好透光性的前提下，通过调整结构排布，优化了后向散射分布，实现了性能优异的高透低散射结构设计；
(3)、本实用新型通过ITO的吸波特性和特殊的结构排布，在超宽带上实现了后向散射缩减10dB以上，呈现出独特地异常散射性能，更能适应太阳能电池阵实际隐身需要。
(4)、利用光学透明的ITO取代传统金属或者是高阻表面，实现太阳能电池片表面既能接受太阳辐照，又能实现雷达波段的吸波。在RCS的宽带缩减上，利用随机超表面相位对消技术、极化旋转技术以及吸波结构设计构建超晶格单元。
附图说明
图1是本实用新型适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面随机排布结构三维示意图；
图2是本实用新型适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面一个单元的结构侧视图；
图3是本实用新型适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面中间层ITO结构示意图；
图4是本实用新型适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面的“0”(或“1”)基本单元的共极化和交叉极化反射系数。
图5是本实用新型适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面的单站RCS以及缩减对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例：参考图1-3描述的分别是本实用新型提出的高透光宽带低散射超表面结构三维示意图及单个结构的侧视图、分层结构图。
如图2所示，本实用新型所设计的结构从上往下依次为上层玻璃介质(1)、中层ITO不对称环结构(2)以及下层玻璃介质(3)。如图3所示，整个单元结构的周长为6mm，整体高度约为4mm。上层玻璃介质(1)和下层玻璃介质(3)采用相对介电常数为4.7，损耗角正切为0.001的玻璃介质材料，厚度为2mm；所述上层ITO不对称环结构(2)使用方阻为6Ω/sq的ITO薄膜材料，厚度为185nm，两个圆弧的外径为2.9mm，宽度为0.5mm，对应的圆心角分别为80°和 275°。本实用新型基本“0-1”单元的共极化反射系数如图4所示，-10dB带宽8.2GHz到16.0GHz，相对带宽为64.5％。如图1所示，所述低散射超表面包括13×13个大单元，每个大单元包含4×4个结构一致的基本单元。如图5所示，本实用新型所设计结构的单站RCS，与PEC的单站RCS作了对比，相较于PEC单站RCS缩减10dB以上的频段为8.0～16.2GHz，最大缩减为27.1dB。
另外应当指出的是，因为该隐身结构应用于太阳能电池阵表面上，经测试，本实用新型所适用的太阳能电池阵在设计中起到的作用等同于金属背板。因此本发明所设计的透光隐身结构为反射型。在仿真中，为了简化，直接用金属背板代替太阳能电池阵，置于整个隐身超表面结构的底部，同样可达到实际中的效果。
本实用新型中低散射超表面的结构排布并不仅限定于此，可以通过其他优化算法，实现特定方向、大小的散射图案。介质基板也可以用透明材料PET或PC代替高透玻璃，只要材料的相对介电常数和损耗以及厚度满足良好阻抗匹配即可。
上述对实例的描述是为了便于该领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易的对这些做出各种修改，并在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必进行创造性的劳动。因此，本实用新型不只限于这里的实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰都应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面，其特征为每个单元结构包括上层玻璃介质(1)、中层ITO不对称环结构(2)以及下层玻璃介质(3)；所述中层ITO不对称环结构(2)采用化学方法刻蚀在玻璃基板上，整体结构设计实现了不低于80％的透光率和8.0～16.2GHz频段10dB以上单站RCS缩减的低散射隐身性能。
2.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面，其特征在于所述的中层ITO不对称环结构(2)沿单元45°对角线左右对称，是一种具有高极化转换率的单元；其次，利用该单元及其镜像单元组成1-bit编码极化转换超表面，通过两种单元的随机优化排布实现了电磁波的异常散射，获得了宽带宽、宽角度、极化无关的低散射性能。
3.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面，其特征在于所述的超表面应用于太阳能电池阵表面上，其单元结构为反射型，太阳能电池阵可做金属背板使用。
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| CN111129784A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-08 | 南京航空航天大学 | 一种适用于太阳能电池阵的高透光率超宽带低散射超表面 |
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