[发明专利]一种微波低反射的温度控制单元、超结构和设计方法

说明书

一种微波低反射的温度控制单元、超结构和设计方法，温度控制单元包含：顶层；底层，与顶层相对设置，包括距离顶层由近及远叠置的第一层体、金属反射层和第二层体；第一层体和第二层体设置导流过孔，使导流电路延伸至底层上背向顶层的一侧；金属反射层设置贯穿孔，使得导流电路与金属反射层绝缘隔离；至少一个半导体元件，设置于顶层与底层之间，并与导流电路相连，以提供顶层与底层间的热传导路径。通过对超结构中的温度控制单元进行特定排布，可对反射电磁波的相位进行有效地调制，从而实现表面温度的调节和微波的低反射双重功能，且该超结构制作工艺成熟、成本低、使用方便，有效地解决红外、微波兼容的难题。

技术领域

本发明涉及电磁波相位调控的技术领域，具体涉及一种实现表面温度可调的具有微波低反射的珀耳帖温度控制单元和超结构及其设计方法。

背景技术

在现有的探测手段中，以微波、红外为代表的探测手段占据主导位置，因此，发展红外-微波兼容电磁材料具有重要的现实意义。

红外-微波兼容电磁材料的技术要求是：尽量降低物体的微波反射信号，同时缩小物体与背景的热辐射差异。目前实现红外、微波兼容的主要技术途径是将红外低发射率材料与微波吸波材料相互叠加复合，使之形成两种性能兼备的电磁材料。现有的红外电磁材料主要集中在低发射率材料研究上，如红外低发射率涂层、金属频率选择表面等。如中国发明专利CN106183315B公开了一种红外-雷达兼容型材料及其制备方法，该材料从上至下依次包括低红外发射率层、雷达透波层、雷达吸波层和雷达反射层。2017年第5期《功能材料》期刊中公开文献“一种基于超材料的雷达红外兼容隐身材料设计与验证”，设计了一种频率选择表面和电阻型周期表面双层超材料结构形式的雷达-红外兼容材料。这些红外低发射率涂层、金属频率选择表面材料或者与微波兼容性差，或者结构复杂、加工制作成本高，并且这些低发射率材料一旦确定，材料的红外特性固定无法调节。因此，需要开展更加理想的红外-微波兼容电磁材料研究。

珀耳帖制冷片是一种全固态制冷结构，不仅结构简单，并且可以通过加载的电流大小方便地调节表面的温度，因此，在红外电磁领域将有着重要的应用潜力。但珀耳帖制冷片一般由盖板、半导体晶粒和导流电路组成，这些材料要么是低损耗介质材料，要么是高反射材料，无法实现对微波的有效吸收。

因此，如何同时实现微波低反射与表面温度可调，获得一种性能优异、结构简单、制作成本低的红外-微波兼容电磁结构，成为多谱段兼容领域的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波低反射的珀耳帖温度控制超结构，用简单的结构，通过对超结构中的温度控制单元进行特定排布，可对反射电磁波的相位进行有效地调制，从而实现表面温度的调节和微波的低反射双重功能。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种微波低反射的珀耳帖温度控制单元，包含：顶层；底层，与顶层相对设置，包含距离顶层由近及远叠置的第一层体、金属反射层和第二层体；第一层体和第二层体上设置导流过孔，导流过孔内设置有导流电路，导流电路延伸至底层上背向顶层的一侧；金属反射层设置贯穿孔，导流电路穿过贯穿孔并与金属反射层绝缘隔离；至少一个半导体元件，设置于顶层与底层之间，并与导流电路相连，以提供顶层与底层间的热传导路径。

进一步地，金属反射层贯穿孔上方设置金属挡片，金属挡片与导流电路相连，并与金属反射层绝缘隔离，金属挡片完全或部分覆盖金属反射层的贯穿孔。

进一步地，半导体元件包括P型半导体晶粒和N型半导体晶粒，第一导流电路设置在顶层下表面，第二导流电路和第三导流电路设置在第一层体上表面；第二导流电路、P型半导体晶粒、第一导流电路、N型半导体晶粒、第三导流电路和导流电路组成了温度控制单元完整电路。

进一步地，第一导流电路、第二导流电路、第三导流电路除与半导体元件相连的区域外，其他区域均被绿油覆盖；底层上背向顶层的一侧，除导流电路与外部电路相连的区域外，其他区域均被绿油覆盖。