近年來，無線技術的快速發展使得空間電磁環境變得越來越復雜。隨著電磁輻射能量的加強以及頻譜的擴展，電子設備面臨日益嚴峻的電磁干擾問題，極大地影響了電子信息系統運行的穩定性與安全性。光電設備作為電子信息系統的“眼睛”，負責完成成像、預警、測距、瞄準、搜索、跟蹤、制導等功能，是現代電子信息系統不可或缺的組成單元。然而，寬帶高強度輻射場可以容易地通過光學窗口耦合到電子設備中，從而損害內部精密的光學傳感器、光電轉換模塊、集成電路等，使其出現功能擾亂甚至物理損傷等嚴重后果。

電磁屏蔽是抑制無序超強度電磁輻射的最有效的措施。采用高導電性材料如金屬、導電橡膠等對電磁波進行隔離，可有效控制從一個區域向另一個區域的電磁能量傳播。一項具有挑戰性的課題是，如何讓電磁屏蔽材料在具備應對復雜電磁環境的高屏蔽、超寬帶的防護特性的同時，還具有良好的光學透明性，以保證光學信號的有效傳輸，滿足光電系統高質量成像與探測的要求。

現階段已有大量關于各類透明導電薄膜材料的研究，如透明導電氧化物、透明導電聚合物、超薄金屬、金屬納米線、金屬網格等。但為了保證獲得一定的透明度，這些材料的導電性通常受到限制，導致電磁屏蔽性能較低。雖然通過增加導電組分材料含量或薄膜厚度可以提高屏蔽效能，但材料整體的透明性將不可避免地嚴重下降。受限于透明電磁屏蔽材料透光率與導電性相互制約的難題，兼具高透光、強屏蔽、超寬帶特性的高性能透光電磁防護材料目前依舊難以實現。

圖1. 短路微波導陣列透光電磁防護材料設計

針對傳統透光電磁屏蔽材料的性能瓶頸，國防科技大學電子科學學院電磁兼容與防護研究團隊提出了一種有效解耦光傳輸與電磁屏蔽的短路微波導陣列的透明電磁屏蔽材料設計方法，聯合有研國晶輝新材料有限公司研發出可透過90%以上的可見光、可屏蔽99.9999%的寬頻帶電磁干擾的材料。

由于微波和光同屬電磁波，如何通過材料結構設計來分離不同頻率電磁波的傳輸路徑是實現高性能透明屏蔽的關鍵。研究人員首先在微納尺度設計了具有“低占空比”及“大高寬比”結構特征的微觀截止波導陣列來控制光與微波這兩種不同頻率的電磁波的傳輸特性。其中，高頻光信號可在微波導陣列腔體內自由通過，而較低頻率的微波則會被微波導陣列衰減損耗。

圖2. 短路微波導透光電磁防護材料性能

對于電磁理論中的完美短路波導，其短路負載可使所有電磁波反射回去。受此啟發，研究人員進一步提出了短路微波導陣列防護微結構構型。將連續透明導電層組合到微波導結構中，構成短路微波導陣列，其中透明導電薄膜用作短路端。短路微波導陣列屏蔽結構可以在材料表面產生有效的電磁反射和衰減，并通過在兩個導電層之間激發的多重反射損耗來補償單獨的微波導在較高頻率下的屏蔽效能的降低，產生的協同衰減效應可賦予透光防護材料在超寬頻譜范圍內卓越的電磁屏蔽性能。測試結果表明，所研制的短路微波導陣列透光防護材料在寬頻帶內(0.2–1.3 GHz & 1.7–18 GHz)平均電磁屏蔽效能高達60.8 dB。且隨著頻率的變化，短路微波導陣列透光防護材料沒有產生明顯的屏蔽效能衰減，在寬頻帶內的獲得了均衡穩定的屏蔽特性。同時，得益于各功能組件的高透明度，短路微波導陣列透光防護材料表現出90.4%的高可見光透過率，具有出色的視覺效果。

通過與目前主要的透明電磁屏蔽材料進行綜合性能對比發現，盡管一些先進的透明電磁屏蔽材料實現了極高的可見光透過率（超過90%），但對應的電磁屏蔽性能均比較有限，普遍低于40dB，難以滿足更高標準屏蔽應用場景的要求。相比之下，該研究展示的短路微波導透光防護材料在保持高度光學透明的同時，可獲得更優異的屏蔽性能，在相同透光率的同時，屏蔽效能有效提高17dB，綜合性能指標達到國際先進水平。

圖3.與已報道的各類透明電磁屏蔽材料綜合性能對比

論文作者表示，基于該短路微波導陣列的材料設計理念和結構優化策略有效突破了透明電磁屏蔽技術難題，在光電統電磁防護設計中具有重要意義，可為電子信息系統的“眼睛”提供可靠的“護目鏡”。

審核編輯 ：李倩