據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，一支由中國礦業(yè)大學、中國空間技術研究院、哈爾濱工業(yè)大學的研究人員組成的團隊設計并研制出一種基于超材料的寬帶微波/紅外兼容隱身結構器件，該結構包括基于氧化銦錫（ITO）薄膜制備出的紅外隱身層（IRSL）、微波吸收層（MAL）和微波反射層（MRL），能夠在2～18.6GHz范圍內實現(xiàn)90%以上的吸收，其紅外發(fā)射率低于0.3。相關研究成果以“一種基于超材料的輕質寬帶雷達/紅外兼容隱身結構”為題發(fā)表在《紅外與毫米波》期刊上。

隨著可見、紅外、雷達及激光制導技術的迅猛發(fā)展，軍事裝備在戰(zhàn)場上將面臨多波段偵查的威脅，與之對應的多波段兼容隱身技術能提升武器裝備戰(zhàn)場生存能力。在各類探測手段中，雷達（微波）與紅外探測占據(jù)90%，因此微波與紅外兼容隱身技術成為多波段兼容隱身的主要研究方向之一。一種常見實現(xiàn)方式是在微波吸收劑外層包覆紅外高反射率的微金屬顆粒，以實現(xiàn)雷達與紅外隱身的兼容。但紅外高反射率的金屬材料在微波頻段也具一定反射，因此在一定程度上犧牲了微波吸收性能。如何解決紅外隱身和雷達隱身對電磁波反射特性相互矛盾的難題，是實現(xiàn)雷達/紅外隱身技術的關鍵。

超材料在操縱電磁方面具有可設計性和靈活性，越來越受到研究者的關注。超材料的特性主要取決于周期或非周期排列的結構單元，通過改變結構參數(shù)，操縱其有效介電常數(shù)和磁導率，實現(xiàn)超材料對電磁波的調控。

基于此，本文設計了一種基于ITO導電薄膜的雷達/紅外兼容隱身輕質超材料結構。圖1為雷達/紅外兼容隱身超材料結構示意圖，器件從上到下依次為IRSL、MAL和MRL。各功能層由襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET，0.175mm）的透明導電ITO薄膜構成。各功能層之間為不同厚度（d1、d2、d3）的PMI泡沫。MAL由兩個周期尺寸和方阻不同的兩種結構層組成。MAL1和MAL2分別吸收低頻段和高頻段微波，二者結合實現(xiàn)對微波的寬頻吸收。MRL由ITO連續(xù)膜組成，將透過的微波反射至微波吸收層進而實現(xiàn)多次諧振吸收。

圖1 雷達/紅外兼容隱身超材料結構示意圖

圖2 雷達/紅外兼容隱身超材料結構的各功能層結構圖：（a）微波吸收層1和微波吸收層2的單元結構圖；（b）紅外隱身層的單元結構圖。本文仿真了雷達/紅外兼容隱身超材料結構在正入射情況下的吸波性能，電場偏振方向沿y軸，結果如圖3所示。仿真結果表明該結構在2～18.6GHz寬帶范圍實現(xiàn)了超過90%的吸收率（黑色曲線）。

圖3 雷達/紅外兼容隱身超材料的模擬吸波性能

利用激光刻蝕制備出紅外隱身層和微波吸收層，再將厚度不同的PMI泡沫插入各結構層間，最后得到與設計一致的超材料吸波結構。該結構設計尺寸為300mm×300mm×17.2mm，實際得到的樣品厚度為17.5mm，如圖4中插圖為樣品實物照片，由于ITO/PET薄膜可見透光率良好，樣品基本呈現(xiàn)PMI泡沫的顏色。用弓形法測試樣件在2～4GHz，4～8GHz，8～18GHz的吸波性能，測試結果如圖4所示。與仿真結果基本一致，制備的吸波結構在2.7～18GHz頻段的吸收率高于90%。

圖4 雷達/紅外兼容隱身超材料結構在正入射時的仿真與實驗吸波曲線，插圖為樣品的照片

最后，通過熱紅外相機（PI640，Optris Inc.）測量超材料吸波結構的發(fā)射率。如圖5所示，將紅外隱身層和大小相同的對照組樣件（方阻相同的ITO連續(xù)膜，PET薄膜）放在70°C的加熱板上。紅外隱身層表面的紅外溫度為39°C，紅外發(fā)射率（ε）為0.27；對照組ITO連續(xù)膜和PET薄膜的紅外溫度分別為31°C（ε=0.15）和68°C（ε=0.95）。

圖5 雷達/紅外兼容隱身超材料結構在70°C溫度下的紅外熱像圖綜上，本文成功設計并制備了一種能夠實現(xiàn)雷達/紅外兼容隱身的超材料結構，并對其各項性能進行了實驗驗證。實驗結果表明本結構在2.7～18GHz微波吸收率大于90%，在8～14μm紅外波段的發(fā)射率低于0.3。本結構具有良好的極化穩(wěn)定性，當電磁波斜入射角小于60°時也能保持良好的寬帶吸波效能。該結構質量較輕，密度僅為35kg/m3，便于貼附在裝備表面使用。本研究成果在武器裝備多譜段隱身領域、微波屏蔽領域具有重要應用價值。