[发明专利]一种基于随机分布圆环的金属网栅结构及其设计方法

说明书

一种基于随机分布圆环的金属网栅结构及其设计方法属于光学透明件电磁屏蔽领域，该金属网栅结构是由基本随机圆环、外公切圆环、被打断圆环、子圆环构成，基本随机圆环的圆心与半径随机，不同基本圆环中子圆环的个数、直径、排列角度均随机产生。由该随机分布圆环结构通过加工工艺制作获得的具有一定线宽的金属网栅深度均化了高级次衍射，使得高级次衍射能量分布均匀，最大高级次衍射能量降低。同时，由于该结构集成了多周期圆环和子圆环，并具有分布和参数的随机特征，提高透光率的同时保持了网栅孔隙结构较均匀分布，在均化衍射杂散光分布同时，还可以保证其电磁屏蔽能力几乎不受影响，进一步提高了金属网栅的综合性能，扩展其应用领域。

技术领域

本发明属于光学透明件电磁屏蔽领域，特别涉及一种基于随机分布圆环的金属网栅结构及其设计方法。

背景技术

随着人们在电磁波领域的不断挖掘与深入研究，电磁波在各个与人们生活密切相关的领域得到了越来越广泛的应用，例如航空航天领域的各种电子仪器与通讯设备，光学仪器与设备等，电磁波的应用逐渐展现出两个较为明显的趋势，空间中电磁波强度使用范围日益增强以及各领域中的电磁波应用波段不断展宽，使得空间中电磁环境日益复杂化，因此在诸多领域中都提出了对电磁波屏蔽的要求，尤其是对于航空航天装备领域的探测和观测所使用的光学仪器，不仅要求其光学窗必须屏蔽影响接收器件和电子设备正常工作的电磁干扰，同时必须具备高透光率和高成像质量以确保实现精密探测和观测，然而对微波的电磁屏蔽方法通常采用金属板隔离法，但是这种方法难以兼顾光学窗的透明性和电磁屏蔽特性，这使得对光学透明体的电磁屏蔽成为一个关键的研究领域。目前，对光学透明体的电磁屏蔽主要通过采用透明导电薄膜、金属诱导透射型多层膜结构、带阻型频率选择表面和金属网栅薄膜等方法实现。

目前ITO透明导电薄膜的制备工艺与技术已经较为成熟，早已实现大规模的生产制造，但是ITO薄膜具有机械韧性差，铟资源匮乏，价格较高，铟是有毒物质对人体的健康不利等缺点。金属诱导透射型多层膜结构可分为单层或多层薄金属膜，对低频段电磁波的屏蔽能力较强，然而其不高的透光率不能满足光学窗的透光性能需求。带阻型频率选择表面则是采用不同的周期结构单元并根据使用环境对结构图形和尺寸参数进行精确设计从而实现在单个或多个特定窄波段的电磁屏蔽效果，但是无法实现较宽波段电磁屏蔽。

相比而言，透明金属网栅薄膜作为一种透明导电膜，其生产成本低，制备工艺简单，其利用金属材料在玻璃或PET薄膜上制备由相互连接的金属线构成的网栅图案，具有比产业化氧化铟锡薄膜低的电阻率，且具有优良的透光性能，在多种高透光薄膜中，金属网栅薄膜是实现光窗高透光电磁屏蔽的强有力竞争者。然而，然而随着技术的发展，光学仪器的观测精度要求日益提高，单层方格金属网栅的局限性体现出来：首先其屏蔽效率与透光率相互制约，其次高级次衍射能量分布不均，成像质量也会受到影响，在具有高精度要求的观测中会造成严重的误差影响。目前基于金属网栅的光学透明电磁屏蔽技术的发展趋势主要体现在新型结构单元的运用，尤其是将圆环单元用于构建新型网栅结构，同时在结构中引入随机量也是很有前景的发展趋势：

1.专利201510262958.2、201510262957.8、201510262996.8、201510262998.7都是基于裂痕网栅的制作方法，该网栅属于随机网栅的一种。是利用特定条件下，掩模液自然干燥形成裂纹模板，利用该模板制作裂痕网栅，可以有效降低最大高级次衍射，但是由于裂纹是通过自然形成，导致网栅具有不可控性，无法确保透光性、电磁屏蔽效率和高级次衍射能量分布均匀性，且多次试验会造成成本的上升；

2.专利201711390531.6、201711390535.4、201711390631.9都是基于随机重叠网栅的电磁屏蔽结构，该随机网栅可分别采用随机直径、随机周期与同时随机直径与随机周期的三种随机方式，但是由于重叠网栅的量级相同，对高级次衍射能量分布集中的改善效果有限；