[发明专利]一种红外/激光/微波/毫米波共口径波束合成装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种波束合成装置，特别涉及一种红外/激光/微波/毫米波共口径波束合成装置，主要应用于红外/激光/微波(毫米波)复合成像探测制导半实物仿真系统。本发明属于光学与微波技术的交叉领域。

背景技术

红外/激光/微波/毫米波任意两种及以上模式组合而成的双模/多模复合制导技术是当前最有发展前景的精确制导技术之一。它使得红外制导、激光制导、微波制导与毫米波制导体制优势互补，同时可以弥补各方的缺点。为了在实验室进行红外/激光/微波/毫米波复合制导的设计、验证、测试和评估，需要建立相应的红外/激光/微波/毫米波复合制导半实物仿真系统。波束合成装置时实现红外/激光/微波/毫米波复合制导半实物仿真系统中模拟复合制导的主要手段。波束合成装置的作用就是将红外目标图像信号、激光回波信号、微波信号、毫米波信号两两或多种信号在空间组合投射到同一探测视场而互不干扰。红外/激光/微波/毫米波波束合成技术是共口径双模/多模复合制导半实物仿真系统的关键技术之一。

在波束合成装置的设计研制中，主要以带红外反射膜的介质板、泡沫基质上的选频表面、衍射光学器件、一维光子晶体、金属网栅膜、棱镜阵列等技术路线为主。

到目前为止，在介质基质平板上镀上红外反射膜是最为成熟的一种技术。波束合成装置由镀有多层红外反射涂层的相对较厚的介质基质平板组成。根据薄膜理论，理论上具有制备出在中波红外、长波红外和激光波段都具有良好反射特性的多层介质膜的可能。电介质材料对微波/毫米波具有良好的透过特性，同时在介质平板上镀的多层红外反射膜厚度最大在微米量级，理论上对微波/毫米波的吸收小。基质平板的厚度也应当优化，保证对微波/毫米波有足够小的吸收，同时防止表面的变形。由于加工工艺的限制，到目前为止所报道的这种结构形式的波束合成装置最大直径尺寸<800mm。

泡沫基质上的选频面(FSS)是由大量无源单元按某种特定分布方式周期排列而成的分层准平面结构。这些无源单元一般是导电微片，它的间隔和大小决定了FSS的性能。FSS对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，对其通带内的电磁波呈现全通特性，而对其阻带内的电磁波则呈全反射特性，即具有空间滤波功能。选频表面相对于介质膜的一大优势在于它可以将尺寸做得很大，以减少对毫米波场的衍射影响。但它的缺点在于制作的表面远不如用传统光学镀膜方法制作的介质膜表面光滑，表面粗糙引起的对红外波段光学特性的影响是这一技术的最大欠缺之处。

衍射光学器件(DOE)优于前两项技术的主要之处在于可使波束合成装置垂直于微波/毫米波视线放置。衍射光学器件是在光滑的表面刻蚀成锯齿形并镀制金属膜形成光栅，用于反射红外/激光信号。这种结构允许波束合成装置与微波/毫米波传播方向垂直，但是DOE结构仍然对微波/毫米波一种极化状态比另一种极化状态更有利。此外，有限的口径尺寸会引发边缘效应，从而在单脉冲探测系统中导致角度误差。DOE的最小尺寸可以从红外场景投射的需要来考虑，主要由投射器的视场角和DOE到被测单元的距离来决定。

一维光子晶体波束合成装置是由不同介电常数的两种或多种介质交替层叠而成，形成光子禁带，可以实现全角度、任意偏振态的反射红外/激光信号，微波/毫米波的透过率主要由基质的电气性能参数和结构决定。一维光子晶体一般采用镀膜法进行制备，设计简单、成本低、精度高。光子晶体的均匀性及其尺寸仍受到镀膜工艺的限制。

金属网栅膜是一种导电膜，它的周期远大于红外/激光的波长，而又同时远小于微波/毫米波的波长，可以实现对微波/毫米波的高效屏蔽和对红外/激光的高透过。可以实现波束的合成但是到目前为止还未见到应用的报道。

北京理工大学发明了无机和有机材料制成的波束合成装置，专利号：ZL200610120495.7红外射频波束合成装置，在无机介质上镀制多层介质红外增反膜，并在无机介质外制备闪耀光栅，在有机介质外表面制成一定曲率的曲面，根据红外投射视场的范围不同，把闪耀光栅外形制备成圆形或多边形，无机介质采用小块的多边形拼接成大面积的平板结构，粘贴在有机基质表面，降低了加工难度和成本。但是该方法仍受加工工艺和材料尺寸的限制。例如：由于无机介质粘贴于有机介质上，因此有机介质的尺寸仍限制了波束合成装置的最大尺寸。

发明内容