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1、(10)申请公布号 CN 104024108 A (43)申请公布日 2014.09.03 CN 104024108 A (21)申请号 201280065715.4 (22)申请日 2012.10.30 13/342,723 2012.01.03 US B64G 1/50(2006.01) (71)申请人 波音公司 地址 美国伊利诺伊州 (72)发明人 KJ戴维斯 (74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 代理人 赵蓉民 张全信 (54) 发明名称 提供具有可调谐发射率的表面的装置和方法 (57) 摘要 公开了提供具有可调谐发射率的表面的装置 和方法。实例装置包括包含。
2、附接到电反射接地平 面 (106) 的介电材料层 (108) 的阻抗层 (104) 和 布置在阻抗层(104)内的多个谐振器(110)， 其中 装置的发射率基于谐振器 (110) 的特性。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.07.01 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/062620 2012.10.30 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/103435 EN 2013.07.11 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 12 页 附图 11 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书。
3、1页 说明书12页 附图11页 (10)申请公布号 CN 104024108 A CN 104024108 A 1/1 页 2 1. 一种装置， 其包括 ： 阻抗层 104， 其包括附接到电反射接地平面 106 的介电材料层 108 ； 布置在所述阻抗层 104 内的多个谐振器， 其中所述装置的发射率基于所述谐振器 110 的特性。 2. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述谐振器 110 布置为基本上平行于所述电反射 接地平面 106。 3. 根据权利要求 1 或权利要求 2 所述的装置， 还包括与所述电反射接地平面 106 相对 地附接到所述阻抗层 104 的抗反射涂层。 4. 根据前。
4、述权利要求任一项所述的装置， 其中所述多个谐振器 110 距离所述电反射接 地平面 106 一定距离处定位， 所述距离基于长波长红外线能量。 5. 根据前述权利要求任一项所述的装置， 其中所述谐振器 110 中的至少一个包括通过 电阻材料 114 电耦合的多个导电元件， 并且其中所述电阻材料包含非晶氧化物半导体。 6. 根据权利要求 5 所述的装置， 其中所述电阻材料 114 具有可调谐电阻率且还包括导 电材料以控制所述电阻材料的电阻率。 7. 根据权利要求 6 所述的装置， 其中所述导电材料改变电阻率以改变所述装置的发射 率。 8. 根据权利要求 3 所述的装置， 其中所述抗反射涂层的厚度基。
5、本上等于所关注波长的 四分之一。 9. 根据权利要求 8 所述的装置， 其中所述抗反射涂层的厚度基本上等于从所述谐振器 到所述电反射接地平面的距离。 10. 一种方法， 其包括 ： 调谐材料中的一个或多个谐振器的特性， 以便改变一个或多个谐振器对辐射的吸收， 以及改变由材料引起的相消干涉的量。 11. 根据权利要求 10 所述的方法， 还包括限制红外线波长中的材料的辐射的发射。 12.根据权利要求10或11所述的方法， 其中所述相消干涉包括发生在从所述一个或多 个谐振器反射的辐射和从接地平面反射的辐射之间的相消干涉。 13.根据权利要求10到12任一项所述的方法， 还包括距离接地平面一定距离处。
6、定位所 述一个或多个谐振器， 以使从所述一个或多个谐振器反射的第一辐射与从所述接接地平面 反射的第二辐射基于所述特性经历相消干涉。 14.根据权利要求10到13任一项所述的方法， 其中调谐所述特性包括将电信号施加至 所述材料的电阻层， 以改变邻近所述一个或多个谐振器的所述电阻层的阻抗。 15.根据权利要求10到14任一项所述的方法， 其中调谐所述一个或多个谐振器的特性 包括调谐以下中的至少一个 ： 一个或多个谐振器的几何结构、 两个或多个谐振器的布置、 所 述一个或多个谐振器的静态阻抗、 或在至少一个所述谐振器的被物理地分开的元件之间的 导电槽。 权 利 要 求 书 CN 104024108 。
7、A 2 1/12 页 3 提供具有可调谐发射率的表面的装置和方法 技术领域 0001 本公开一般涉及材料的发射率， 并且更具体地， 涉及提供具有可调谐发射率的表 面的装置和方法。 背景技术 0002 航天器在服务期间暴露于广泛的辐射环境。航天器的外表面可通过吸收辐射 ( 例 如， 太阳辐射 ) 而加热和 / 或通过红外线辐射而冷却。随着航天器进出太阳的视准线， 加热 和冷却可交替发生。当面向太阳的一侧被加热而面向太空空间的一侧则被冷却时， 加热和 冷却也可同时发生。航天器的温度基于航天器中加热和冷却的平衡。 0003 现有技术材料具有材料所固有的且不可被改变的静态发射率特性。因而， 获得在 特。
8、定辐射频率范围内具有所需发射率的材料包括寻找具有所需发射率特性的合适材料。 0004 因此， 需要具有可调谐发射率的装置。该装置可被并入表面。调谐可包括增加、 减 少、 和 / 或优化一定量反射的、 吸收的、 和 / 或发射的辐射能量。 发明内容 0005 公开了提供具有可调谐发射率的表面的装置和方法。 公开的实例装置包括阻抗层 和多个谐振器。实例阻抗层包括附接到电反射接地平面的介电材料层。实例谐振器布置在 阻抗层内， 该装置的发射率基于谐振器的特性。 0006 还公开了另一种实例材料。该实例材料包括介电层和多个谐振器， 其中多个谐振 器定位在距离接地平面一定距离处， 以使从谐振器反射的能量与。
9、从接地平面反射的能量经 历相消干涉。该实例材料还包括电耦合到至少一个谐振器的电阻材料。电阻材料响应于电 场显示电子迁移。实例材料包括导电层以产生电场， 其中电场用于改变至少一个谐振器的 反射。 0007 所公开的实例方法包括调谐材料中的一个或多个谐振器的特性。 调谐特性改变了 一个或多个谐振器对辐射的吸收。调谐特性也改变了一定量的由材料引起的相消干涉。 0008 根据本公开的方面， 提供了一种装置， 其包括包含了附接到电反射接地平面的介 电材料层的阻抗层和布置在阻抗层内的多个谐振器， 其中该装置的发射率基于谐振器的特 性。 有利地， 多个谐振器距离电反射接地平面一定距离处定位， 该距离基于长波。
10、长红外线能 量。有利地， 谐振器中的至少一个包括多个通过电阻材料电耦合的导电元件。有利地， 该电 阻材料具有可调谐电阻率。优选地， 装置还包括导电材料， 用于控制电阻材料的电阻率。优 选地， 导电材料用于改变电阻率从而改变装置的发射率。 优选地， 电阻材料包含非晶氧化物 半导体。有利地， 该装置还包括与电反射接地平面相对地附接到阻抗层的抗反射涂层。优 选地， 抗反射涂层的厚度基本上等于所关注波长四分之一。 优选地， 抗反射涂层的厚度基本 上等于从谐振器到电反射接地平面的距离。有利地， 谐振器被布置为基本上平行于电反射 接地平面。 0009 根据本公开的方面， 提供了一种装置， 其包括介电层、 。
11、距离接地平面一定距离定位 说 明 书 CN 104024108 A 3 2/12 页 4 以使从谐振器反射的能量与从接地平面反射的能量经历相消干涉的多个谐振器、 电耦合到 谐振器中的至少一个的电阻材料所述电阻材料响应于电场显示电子迁移、 以及施加电 场以改变至少一个谐振器的吸收的导电层。有利地， 谐振器中的至少一个包括具有多个天 线臂的交叉偶极子天线。有利地， 电场用来减小电阻材料的第一阻抗和与谐振器中的至少 一个关联的阻抗值之间的差异， 来增加装置的发射率。 有利地， 电场通过增大电阻材料的第 一阻抗和与谐振器中的至少一个关联的阻抗值之间的差异， 来减小装置的发射率。 有利地， 谐振器中的至。
12、少一个的宽度基本上等于所关注波长的二分之一。 0010 根据本公开的方面， 提供了一种方法， 其包括调谐材料中的一个或多个谐振器的 特性， 从而改变一个或多个谐振器对辐射的吸收和改变一定量的由材料引起的相消干涉。 有利地， 该方法还可包括限制红外线波长中的材料辐射的发射。 有利地， 相消干涉包括发生 在从一个或多个谐振器反射的辐射和从接地平面反射的辐射之间的相消干涉。有利地， 该 方法还可包括距离接地平面一定距离定位一个或多个谐振器， 以使从一个或多个谐振器反 射的第一辐射与从接地平面反射的第二辐射基于特性经历相消干涉。有利地， 调谐特性包 括将电信号施加到材料的电阻层， 以改变邻近一个或多个。
13、谐振器的电阻层的阻抗。 有利地， 方法还可包括识别条件， 其中调谐特性响应于识别条件， 该条件为以下中的至少一个 ： 与材 料相邻的结构中的温度变化、 辐射相对于材料的入射角变化、 材料处的辐射强度变化、 或材 料的外部条件的变化。 有利地， 调谐一个或多个谐振器的特性包括调谐以下中的至少一个 ： 一个或多个谐振器的几何结构、 两个或多个谐振器的布置、 一个或多个谐振器的静态阻抗、 或谐振器中的至少一个被物理地分开的元件之间的导电槽。 0011 已经讨论的特征、 功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现， 或者可以在其 它实施方式中组合， 其进一步详细说明可参考以下描述和附图看出。 附图说明 。
14、0012 图 1 是根据本公开的教导构造的具有可调谐发射率的实例装置的截面图。 0013 图 2 是图 1 中实例装置的透视图。 0014 图 3 是图 1 和图 2 中的实例装置的实例片形实施的分解透视图。 0015 图 4A、 图 4B 和图 4C 示出可用来实现图 1-3 中的实例的实例偶极子天线。 0016 图 5A 是经控制在感兴趣波长范围内具有相对高发射率的实例材料的损耗密度的 热图。 0017 图 5B 是示出反射功率作为图 5A 实例的波长的函数的图表。 0018 图6A和图6B示出根据本公开的教导构造的具有可调谐发射率的另一个实例材料 的截面图。 0019 图 7A 是表示用。
15、于安装和控制在表面上具有可调谐发射率的实例片形装置的实例 方法的流程图。 0020 图 7B 是表示用于调谐材料中一个或多个谐振器的特性的实例方法的流程图。 0021 图 8 示出实例主体， 其中热吸收发生在较短波长处且热发射发生在较长波长处。 0022 图 9 是交通工具制造和服务方法流程图。 0023 图 10 是交通工具的方块图。 0024 为阐明多个层和区域， 附图中放大了层的厚度。 因此， 附图中示出的结构并非按比 说 明 书 CN 104024108 A 4 3/12 页 5 例绘制， 而是为阐明本公开的教导绘制的。只要有可能， 在整个附图 ( 一个或多个 ) 和随附 的书面说明中。
16、将使用相同的参考编号指示相同或相似的部分。如本专利中所用， 声明任何 部分 ( 例如， 层、 膜或区 ) 以任何方式定位在 ( 例如， 定位在、 位于、 放置在、 附接在、 或形成 在等 ) 另一部分上， 是指所引用的部分和其它部分接触或者所引用的部分借助于一个或多 个中间部分与其它部分相邻， 其中中间部分位于所引用的部分和其它部分之间。声明任何 部分与另一部分接触是指在两个部分之间没有中间部分。 具体实施方式 0025 本文公开的实例可用于提供具有可调谐发射率的片形装置(例如， 超材料)。 本文 公开的实例可用于提供如在航天器、 建筑物和/或可受益于增加、 减少和/或优化一定量反 射的、 吸。
17、收的和 / 或发射的辐射能量的任何其它结构的表面上的层、 涂层或覆盖物。在一些 实例中， 发射率在施加至表面前进行调谐。 在一些实例中， 发射率在施加至表面后是可调谐 的。本文公开的一些实例提供对施加至表面的片形装置的发射率的控制。在一些这样的实 例中， 可应用电信号以调谐发射率。 0026 本文公开的实例的应用包括提供结构 ( 例如， 建筑物、 航天器等 ) 的热控制。图 8 示出了实例主体 800 的图示， 其中热吸收发生在较短波长 802、 804 处而热发射发生在较长 波长 806( 例如， 7-25 微米波长范围 807) 处。例如， 图 8 中的主体 800 可以是具有 0.088。
18、5 的前侧太阳能吸收系数 () 的地球轨道内的平面板。 0027 当主体 800 保持热平衡时， 波长 802、 804 的被吸收波中的能量等于较长波长 806 处的波中的能量。 实例主体800(例如， 面板)的前侧808在8-12微米波段809中具有固定 发射率为 1 而在其它波长中具有发射率为 0， 且主体 800 的后侧 810 在 8-12 微米波段 809 中是 100反射 ( 0， 太阳能 0)。实例主体 800( 例如， 主体 800、 主体 800 的前侧 808 表面、 和 / 或主体 800 的后侧 810 表面 ) 的温度可以通过控制一个或多个可见波段和 / 或红外线波段。
19、 ( 一个或多个 ) 中的主体或表面的发射率来控制。图 8 中实例主体 800 的温 度可通过限制较长波长 806 中的波长发射等来增加。相反地， 实例主体 800 的温度可通过 允许较长波长 806 中的波长的更多发射等来降低。 0028 在图8的实例中， 假设太阳辐照度为每平方米1366瓦特(W/)， 当前侧808表面 的法线方向 812 正好指向太阳时， 主体 800 的平衡温度约为 300 开氏 (K) 度。当表面法线 方向 812 以入射角 814， ， 偏离指向太阳时， 被吸收的功率减少因子 cos()， 而主体 800 的自发射保持恒定。结果， 主体 800 的平衡温度随入射角 。
20、814 的增大而降低， 从而导致当 入射角 814 约为 85时温度下降 T -100K。 0029 使用本文公开的实例， 可控制表面的发射率以使其匹配 ( 例如， 数值上等于 ) cos()。因此， 上文提到的相同主体 800， 除了包括上述实例装置， 可以保持恒定的 300K， 独立于定向， 这是因为吸收和发射被控制为相等。 因此， 本文公开的实例的可调谐发射率可 用于限制温度波动。 0030 在另一个实例应用中， 高度太阳辐照区域内的建筑物具有相对高的热负荷和 / 或 冷却要求。本文公开的实例可用于在白天时段增大实例装置的发射率， 从而通过 LWIR 能量 发射热而降低冷却需求。 另外或。
21、可选地， 可控制该实例以减小发射率， 从而根据需要保持热 量以例如在夜间时段减少热负荷。 说 明 书 CN 104024108 A 5 4/12 页 6 0031 图 1 是根据本公开教导所构造的具有可调谐发射率的实例装置 100 的正视截面 图。尽管许多已知的材料和装置具有固定发射率， 但可将实例装置 100 的发射率改变或控 制成具有所需的发射率。图 1 中的实例装置 100 包括抗反射涂层 102、 阻抗层 104 以及电反 射接地平面 106。 0032 实例装置 100 也可被称为结构、 设备和 / 或超材料。无论使用什么术语指示实例 装置 100， 实例装置 100 使用多层材料构。
22、成， 且可被塑造成连续片或层， 其可被附接、 施加或 以另外方式联接到其它的结构、 设备或装置。以该方式， 实例装置 100 可用来将可调谐发射 率外表面提供到这样的结构、 设备或装置， 从而能够改善实例装置 100 所联接的结构、 设备 或装置的温度控制和 / 或其它操作特性。 0033 具体地转向图 1， 实例抗反射涂层 102 被定位成装置 100 的外层 ( 例如， 辐射从装 置 100 的外部环境进入的第一层 )。图 1 中的实例抗反射涂层 102 具有所关注波长 (0) 的大约四分之一的厚度 T。然而， 可替代地可使用具有不同厚度的不同类型的抗反射涂层。 0034 所关注波长 0可。
23、以是所关注波长范围内的任何波长。例如， 所关注波长 0可 为 10 微米 ( 微米， m)， 其在长波长红外线辐射 (LWIR)( 例如 8-15 微米 ) 的范围内。在许 多实例系统中， 来自主体或表面的热发射发生在 LWIR 波长内， 而热吸收发生在可见或近红 外线 ( 近 IR) 波长处。如上述图 8 中的实例所讨论， 主体 800 内的热吸收发生在较短波长 802、 804 处而热发射发生在较长波长 806 处。 0035 因此， 在一些实例中， 主体或表面的温度可通过控制一个或多个可见波段和 / 或 IR 波段 ( 一个或多个 ) 中的主体或表面发射率来控制。图 8 的实例主体 80。
24、0 的温度可通过 限制较长波长 806 中的波发射等来增加。相反地， 实例主体 800 的温度可通过允许较长波 长 806 中的波的更多发射等来降低。在波长的一些范围内， 中心波长为所关注波长 0且 厚度可以是所关注波长范围内的任何波长的四分之一。抗反射涂层 102 减少反射并增加对 装置 100 的发射率的控制。 0036 实例阻抗层104包括介电材料或层108以及布置在介电材料108内的谐振器110。 如本文所用， 谐振器是指具有主要由基于负荷的几何结构所限定的光谱特性的任何电谐振 结构。例如， 图 1 中的谐振器 110 使用电谐振结构实现， 该电谐振结构至少包括导电元件 111、 11。
25、2 和电阻元件 114， 如天线和相应的天线负荷。 0037 在一些实例中， 介电材料 108 在阻抗层 104 内是基本连续的。在一些其它的实例 中， 该介电材料 108 被谐振器 110( 例如， 导电元件 111、 112) 和 / 或电阻元件 114 分为多个 层。实例电阻元件 114 可以包括一个或多个电阻器、 电阻片、 和 / 或其它电阻结构。实例谐 振器 110 被定位在距离电反射接地平面 106 约四分之一 ( 例如， 在因子为 2、 或八分之一到 二分之一内 ) 所关注波长的距离 D 处。基于阻抗层 104、 介电材料 108、 以及外部环境的各 个折射率， 相对于外部环境，。
26、 所关注波长在阻抗层 104 内和 / 或介电材料 108 内可以是不同 的。 0038 实例谐振器110可以可选地以二分之一波长增量在距离实例接地平面106的约四 分之一波长 ( 例如， 四分之三波长， 一又四分之一波长等 ) 被定位。使用这些实例定位或间 隔中的一个， 使在所关注波长或波长范围内由接地平面 106 所反射的能量比在相同波长或 波长范围内由接地平面 106 所反射的能量具有附加的约二分之一波长行进， 从而引起相消 干涉。可调谐实例谐振器 110 的特性以改变相消干涉的量。可调谐的实例特性包括谐振器 说 明 书 CN 104024108 A 6 5/12 页 7 110 的几何。
27、结构 ( 例如， 尺寸、 形状、 和 / 或导电元件 111、 112 的配置 )、 电阻层 114 的电阻 率、 和 / 或相对于材料中的其它谐振器 110 的配置 ( 例如， 相对取向和 / 或之间的距离 )。 0039 图 1 中的实例谐振器 110( 例如， 导电元件 111、 112) 被布置在介电材料 108 内的 平面上 ( 例如， 谐振器平面 116， 其厚度等于谐振器 110 的厚度 )。其中布置有谐振器 110 的谐振器平面 116 基本上和接地平面 106 平行。尽管谐振器平面 116 和接地平面 106 均被 描述为平面， 但除了平整表面， 术语 “平面” 可以指弯曲的。
28、或其它非平坦表面。例如， 如果接 地平面106是弯曲的(例如， 在圆柱形、 球形或部分球形表面等上)， 谐振器110也被布置在 球面上以使其在任何给定位置基本上正交于接地平面 106 的法线。为清晰和简洁起见， 本 文所描述的并在相应的图中所示出的实例使用平整接地平面和平整谐振器平面。 0040 图 1 中的实例电反射接地平面 106 在所关注波长范围内完全或基本上完全电反 射。在一些实例中， 该电反射接地平面 106 还用作实例装置 100 所固定到的外表面， 在这种 情况下， 该外表面不是装置 100 的一部分。在一些其它实例中， 装置 100 被构造成包括电反 射接地平面 106。 00。
29、41 图 2 是图 1 的实例装置 100 的透视图。图 2 中的视图示出装置 100 的单个格或单 元 200。可以重复所示的装置 100 的单元 200， 以形成层或片， 从而基本上覆盖任何尺寸的 表面。如图 2 所示， 实例装置 100 包括抗反射涂层 102 和阻抗层 104。电反射接地平面 106 在图 2 的视图中是不可见的。 0042 如图 2 所示， 抗反射涂层 102 具有约等于阻抗层 104 的折射率 n2的平方根的折射 率 n1。在一些实例中， 阻抗层 104 的折射率 n2基本上由介电材料 108 的折射率确定。在图 2 的实例中， 装置 100 外的环境 ( 例如， 。
30、空气、 空间等 ) 具有折射率 n0。图 2 中的实例抗反 射涂层 102 的厚度是所关注波长的四分之一。抗反射涂层 102 的折射率 n1和外部环境的 折射率 n0不同。因此， 实例抗反射涂层 102 的厚度基于抗反射涂层中的所关注频率的波长 ( 例如， 由抗反射涂层 102 和外部环境之间的界面改变 )。 0043 图 2 的实例单元 200 的宽度和实例谐振器 110 的宽度基于所关注波长 0， 如通过 差示折射率 n2修正。因此， 图 2 中的宽度等于 2/2 或者 /2n2。对于带有 8 微米的中心 频率或所关注频率的 LWIR 辐射以及具有折射率 n2 2.0 的阻抗层 104， 。
31、实例单元 200 和实 例谐振器 110 的宽度都约为 2 微米。 0044 图 2 中的实例谐振器平面 116 基本上平行于电反射接地平面 106 并且位于距离电 反射接地平面106约为所关注波长的四分之一处。 抗反射涂层102的折射率n2和外部环境 的折射率 n0不同。因此， 四分之一波长的距离基于阻抗层 104 中的所关注波长的频率 ( 例 如， 由阻抗层 104 与外部环境之间的界面 ( 一个或多个 ) 改变 )。 0045 图2中的电阻材料114电耦合谐振器110的臂形件111a-111d。 臂形件111a-111d 也电耦合以形成交叉偶极子 202。电阻材料 114 充当了谐振器 。
32、110 的匹配网络 ( 例如， 确定 谐振器 110 的谐振特性 )。换言之， 电阻材料 114 的阻抗 ( 例如， 电阻和 / 或电抗 ) 影响了 谐振器 110 对辐射的吸收。该实例电阻材料 114 的阻抗可通过选择电阻材料 114 的电阻率 值 ( 例如， 通过选择具有所需电阻率的特定材料 ) 和 / 或通过选择电阻材料 114 的几何结 构进行控制。尽管图 2 中示出了实例交叉偶极子几何结构， 但也可使用其它几何结构。 0046 通过改变电阻材料 114 的阻抗 ( 例如， 电阻 / 电阻率和 / 或电抗 )， 谐振器 110 的 发射率以及实例装置 100 的发射率因此被改变。例如，。
33、 随着电阻材料 114 的阻抗和谐振器 说 明 书 CN 104024108 A 7 6/12 页 8 110的阻抗之间的差异增大， 实例谐振器110的操作更像索尔兹伯里屏(Salisbury Screen) 的操作 ( 例如， 谐振器 110 变成反射性的且相消干涉发生在从谐振器 110 反射的辐射和从 接接地平面106反射的能量之间)且发射率降低。 相反， 随着电阻材料的阻抗和谐振器110 的阻抗之间的差异减小， 谐振器 110 吸收更多的辐射且操作起来较不像索尔兹伯里屏并且 发射率增加 ( 例如， 谐振器 110 变成吸收性 )。 0047 图 3 是图 1 和图 2 中的实例装置 10。
34、0 的实例片形实施的分解透视图 300。如图 3 所示， 片 300 包括装置 100 的 9 个单元格 302( 例如， 3 格乘 3 格 )。实例谐振器 110 经布置 形成屏， 并通过空间 304 与相邻谐振器分开。该实例空间 304 具有间隙长度 G。然而， 间隙 长度 G 可以是不同的距离和 / 或可以基于谐振器 110 的几何结构不同地测量。与图 1 的实 例电阻材料 114 相似， 分开谐振器 110 的实例空间 304 具有相应的阻抗。示出的实例空间 304 电耦合各个谐振器 110， 其中阻抗在各个谐振器之间。图 3 的实例空间 304 的阻抗基于 介电材料 108 的阻抗以。
35、及相邻谐振器 110 之间的空间的长度。阻抗可类似于或不同于电阻 材料 114 的阻抗。如图 3 所示， 介电材料 108 中的至少一些位于谐振器 110 的一侧 ( 例如， 上方 ) 且介电材料 108 中的至少一些位于谐振器 110 的相对侧上 ( 例如， 下方 )。换言之， 图 3 的介电材料 108 夹住谐振器 110。如本文所用， 如果介电材料 108 的部分位于谐振器 110 相对侧上， 则谐振器 110 在介电材料 108 内， 即使该介电材料 108 被物理地分成位于谐 振器 110 的不同侧上的两层。 0048 图 1-3 中的实例装置 100 可使用如溅射、 气相沉积、 光。
36、刻和 / 或电子束光刻的方法 进行构造 ( 例如， 对介电材料 108、 谐振器 110、 臂形件 111、 112、 和 / 或电阻材料 114)。然 而， 任何合适的过去、 现在或将来的方法可用于制造图 1-3 的实例装置 100。 0049 在制造实例装置 100 时对图 1-3 中实例装置 100 的发射率进行调谐。例如， 谐振 器 110 的一种或多种几何结构、 电阻材料 114 的选择 ( 一种或多种 ) 和 / 或一种或多种几 何结构 ( 或预选的电阻性材料 114 的应用 )、 谐振器 110 相对于导电接地平面 106 的定位、 和 / 或抗反射涂层 102 的选择或省略可用。
37、于在制造装置 100 时调谐装置 100 的发射率。 0050 在一些实例中， 实例装置 100 中的一个或多个谐振器 110 的特性可经调谐以改变 谐振器110对辐射的吸收并改变由装置100所引起的相消干涉的量。 例如， 谐振器110的一 种或多种几何结构、 电阻材料 114 的选择 ( 一种或多种 ) 和 / 或一种或多种几何结构 ( 或 预选的电阻性材料 114 的应用 )、 谐振器 110 相对于导电接地平面 106 的定位、 和 / 或抗反 射涂层 102 的选择或省略中的一个或多个可用于改变对辐射的吸收和 / 或改变由装置 100 所引起的相消干涉的量。 0051 图 4A 示出可。
38、用于实施图 1-3 中实例装置 100 的实例交叉偶极子天线 400。图 4A 中的实例天线 400 可用作图 2 中的每个实例单元 200 的谐振器 110 和 / 或可布置在如图 3 所示的网格(例如， 片)配置中。 天线400可附加地或可选地以不是网格的布置或模式被布 置或配置。如本文所公开的所有实例， 图 4A 中的实例偶极子天线 400 不一定按比例绘制。 0052 如图 4A 所示， 实例天线 400 是交叉偶极子天线， 其包括四个臂形件或导电元件 402、 404、 406、 408( 例如， 类似于图 2 中的臂形件 111a-111d)。臂形件 402-408 基本具有相 同。
39、的尺寸但为不同的取向。实例臂形件 402-408 在中心区域 410 内被间隙 412、 414、 416、 418 分开。实例间隙 412-418 包括 ( 例如， 紧邻于 ) 电阻材料 ( 例如， 图 1-2 中的电阻材料 114)， 所述电阻材料电耦合臂形件 402-408。图 4A 中的各个臂形件 402-408 之间的所产生 说 明 书 CN 104024108 A 8 7/12 页 9 的阻抗取决于间隙 412-418 的长度 420 和宽度 422 以及电阻材料的电阻率。下文结合图 5A 和图 5B 对图 4 中的天线 400 的实例分析进行了描述。 0053 图 4B 示出可用。
40、于实施图 1-3 中的实例装置 100 的另一个实例偶极天线 420。图 4B 中的实例天线 424 可用作图 2 中的每个实例单元 200 的谐振器 110 和 / 或可以布置为如 图 3 所示的片构造。 0054 如图4B所示， 实例天线424是偶极子天线， 其包括臂形件或导电元件426、 428。 不 同于图4A中的实例臂形件402-408， 臂形件426、 428具有在多个方向定向的部分(例如， 以 基本上 90 度的角度 )， 并通过导体 430 而非电阻材料 114 电耦合。图 4B 中的臂形件 426、 428 具有基本上相同的尺寸但不同的取向。如同图 4A 中的实例臂形件 40。
41、2-408， 图 4B 中的 实例臂形件 426、 428 被间隙 432 分开， 该间隙 432 包括 ( 例如， 紧邻于 ) 电阻材料 ( 例如， 图 1-3 的电阻材料 114)。空隙 432 中的电阻材料电耦合臂形件 426、 428。实例臂形件 426、 428 之间所产生的阻抗取决于间隙 432 的长度和宽度。 0055 图 4C 示出可用于实施图 1-3 中的实例谐振器 110 的另一实例偶极子天线结构 434。在图 4C 的实例中， 偶极子天线结构 434 包括作为天线单元 444 内的偶极子天线的臂 形件或导电元件操作的微带线迹或导电元件436、 438、 440、 442。。
42、 图4C中示出了实例天线单 元 444， 该天线单元 444 作为类似于图 4B 中的实例天线 424 的偶极子天线操作。实例微带 线迹 436-442 交替地耦合到源极连接 446 或漏极连接 448。因此， 多个 ( 例如， 一阵列 ) 天 线单元 444 通过相同的微带线迹 436 耦合到源极 446 或漏极 444。电阻材料 ( 例如， 图 1-3 中的电阻材料 114) 耦合各个间隙区域 450 内的实例微带线迹 436-442， 以便控制实例天线 结构 434 的反射率。单元 444 中的微带线迹 ( 例如， 线迹 436、 438) 间所产生的阻抗取决于 间隙 450 的尺寸 (。
43、 例如， 长度和宽度 )。 0056 图 5A 是实例装置 502 的损耗密度的热图 500， 该实例装置 502 经控制在所关注波 长范围内具有相对高的发射率。图 5B 是示出反射功率作为图 5A 的实例装置 502 的波长的 函数的曲线图。图 5 中示出的实例装置 502 包括交叉偶极子天线 504， 其类似于如上述图 4A 所述的实例交叉偶极子天线 400。交叉偶极子天线 504 的臂形件被间隙区域 506 分开。 0057 图 5A 提供了吸收图， 假定整个格内 1580 欧姆 () 或每平方欧姆 (/sq， 片电阻 的量度 ) 的均匀阻抗层。图 4A 和图 5A 中的实例交叉偶极子天。
44、线的结构在间隙区域 506 内 集中了大部分 LWIR 辐射吸收， 但间隙区域 506 外的吸收是不可忽略的。如图 5B 所示， 实例 装置 502 示出其中吸收装置位于间隙内的情况中的非常低的 LWIR 反射 ( 例如， 高发射率 ) 对波长。图 5A 和图 5B 中的实例结果达到 27.5 纳米 (nm) 间隙和 1580 欧姆 /sq 单元定 位的假定沟道电阻。这对应于天线 502 中心 508 处的 “X” 的约 123 的纯电抗以及图 5A 中所示的实例的顶部、 底部、 左侧和右侧处的相邻天线臂形件之间的间隙 510 的约 87。 0058 图 6A 和图 6B 示出具有根据本公开教。
45、导所构造的可调谐发射率的另一实例装置 600 的截面图。不同于图 1-3 中的装置 100， 实例装置 600 通过将电信号施加至装置 600 实 现可调谐发射率。在一些实例中， 对于一定波长范围， 可改变或调谐装置 600 的发射率在 0.05 和 0.95 之间， 包括 0.05 和 0.95。 0059 实例装置 600 包括抗反射涂层 602 和阻抗层 604。在图 6A 和图 6B 的实例中， 实例 装置 600 附接到电反射表面 606。在一些其它实例中， 装置 600 包括电反射表面 606 且装置 600 可以附接到任何表面， 无论电反射与否。 说 明 书 CN 1040241。
46、08 A 9 8/12 页 10 0060 图 6A 和图 6B 中的实例阻抗层 604 包括介电材料或层 608 以及谐振器 610。图 6A 中的实例谐振器610包括导电元件611、 612以及电阻材料614。 图6中的实例介电材料608 可以是， 例如， 硫化锌 (ZnS) 或铟镓锌硫化物 (InGaZnS)。然而， 附加地或可选地， 其它介电 材料可用作介电材料 608。此外， 当实例阻抗层 604 具有介电材料 608 的多个层时， 可以使 用不同介电材料的组合。 0061 图 6A 和图 6B 中的实例谐振器 610 包括单个交叉偶极子天线且可以等同于、 类似 于和 / 或不同于图。
47、 1- 图 5A 的实例谐振器 110 和 / 或天线 400、 420、 或 504。天线臂形件 611、 612 基本上平行于且距离实例电反射表面 606 所关注波长的约四分之一处定位。实例 电阻材料 614 紧邻谐振器 610( 例如， 邻近臂形件 611、 612， 在谐振器 610 与电反射表面 606 相同的一侧上 ) 定位。在图 6A 和图 6B 的实例中， 使用非晶氧化物半导体 (AOS) 材料构造 电阻材料 614。实例 AOS 材料包括铟镓锌氧化物 (IGZO)、 氧化锌铟 (ZIO)、 以及锌锡氧化物 (ZTO)。也可以使用其他半导体材料。 0062 图 6A 和图 6B。
48、 中的实例阻抗层 604 还包括导体层 616。该实例导体层 616 包括弱 导体 ( 例如， 具有大于 40 千欧姆每平方 (40k/sq.) 的片电阻 )。附加导体 618、 620 与导 体层 616 接触并将偏置信号提供到导体层 616。图 6A-6B 中的实例装置 600 从电信号发生 器 622 中接收偏置信号。根据由电信号发生器 622 经导体 618、 620 所提供的信号， 实例导 体层 616 产生电场 E。实例导体 618、 620 相对稀疏 ( 例如， 足够薄且充分隔开 )。在一些实 例中， 所述导体是薄的 ( 例如， 大约 1 微米的直径 ) 且被隔开 ( 例如， 在。
49、片布置中， 每行谐振 器有一个导体 )， 以至于不会引起入射辐射的大量反射。 0063 通过实例电场 E 控制导电元件 611、 612 间的间隙中的电阻材料 614( 例如， AOS) 的电阻。在电反射表面 606( 例如， 通过导体 618、 620) 之间施加电压， 电反射表面 606 产生 电场 E， 其诱导电阻材料 614 中的电子迁移并形成或放大 ( 例如， 产生较少电阻 ) 导电信道 615。当电子被推向导电元件 611、 612 时 ( 例如， 相对于图 6A 实例中的电阻材料 614 的顶 部， 示为靠近导电元件 611、 612 定位的负 (-) 符号 )， 导电元件 611、 612 之间的电阻减小。 因此， 实例负荷 ( 例如， 充当谐振器负荷的电阻材料 614) 更好地匹配谐振器， 且装置 600 吸 收更多的辐射 ( 例如， 增加发射率， 减少反射 )。实例辐射 624、 626 主要被实例谐振 610 吸 收。 0064 相。