[發明專利]一種三維全極化的超表面隱身衣

有效

• 申請號: 201610299218.0
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105823378B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 楊怡豪;錢超;鄭斌;陳紅勝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F41H3/02
• 分類號: F41H3/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明屬于電磁波隱身領域，具體涉及一種全極化的幅度和相位保持的超表面隱身衣。

背景技術

從中國名著西游記到希臘的神話故事，以至現在的哈利波特，人們對于隱身的美好幻想從未停歇。近些年來，隨著異向介質的發展，電磁波隱身已經不再只是美好的幻想。電磁波是指由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以周期波動的形式進行能量和動量傳遞的一種波。電磁波譜包括電磁輻射所有可能的頻率，電磁波譜頻率從低到高分別為無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。一般地，電磁波照射到物體上，不能完全地傳播到物體后面，而會在物體上發生散射。雷達根據反射回來的電磁波來測定目標的方向、距離、高度等。

傳統的隱身技術是通過在結構表面涂敷各種功能材料，從而達到損耗或散射雷達波以及抑制目標表面紅外輻射強度的目的。但是這些隱身涂敷材料是基于吸波原理來實現隱身的，僅適用于單基站雷達隱身，而不能對雙基站雷達隱身，因此很容易就被雙基站雷達發現，無法實現結構的完美隱身。在光波段，現有的隱身技術還是軍事迷彩等，然后，隨著背景環境的改變，這種技術將不再具有隱身效果，因此這只是一種偽裝技術，而不是真正地從視線中消失。另有一種隱身方法，通過光纖，將光線從一側引導到另一側，從而繞過中間的物體，但這樣的裝置對光纖的工藝要求較高，并且需要數量龐大的光纖，而且只能實現一個方向上的隱身。因此，這些隱身方法都不是一般人所能接收的理想隱身方法。

理想的隱身衣原理不是吸波而是改變波的傳播路線，電磁波繞過被隱身的物體，并在物體的另一邊按照原來的路徑傳播，電磁波不會被物體擋住，從而使物體后面不會呈現出陰影區域。這種情況下，電磁波照射到物體上，相當于該物體不存在，也即物體得到了完美的隱身。目前主要有兩種電磁波隱身的方法，其一是基于散射相消原理；等離子材料覆蓋在介質物體上，激發的偶極子將會彼此相抵消，散射場明顯降低，從而實現內部物體隱身。在微波段，可用異向介質來實現此隱身功能。但是，當被隱藏物體的尺寸增大時，需要更高的偶極子模式，這在現實中很難實現。另一種方法是Pendry提出的變換光學法；利用麥克斯韋方程組的度量不變性和坐標變換法，在實空間中創造一個“洞”，光線可以平整地繞過這個“洞”。在實驗驗證中，他們采用一種異向介質(Metamaterial)材料來實現：采用金屬圖案陣列構造出等效介電常數和等效磁導率參數隨空間變化的、具有各向異性特性的介質，并使這些等效介質在柱坐標系中按照一定要求放置，來實現圓柱形的隱身器件。但是這種采用金屬圖案陣列構造隱身器件的方法，構造方法比較復雜，并且由于金屬在光頻段的損耗很大，以及尺度變小后加工困難，上述方法基本上只能用于微波或遠紅外頻段。由于Pendry等提出的隱身器件設計方法對材料的要求非常苛刻，實現起來很困難，價格昂貴，同時這種材料由于色散很劇烈，只能工作在很窄的一個頻率區間，而且采用這種方法實現的隱身器件只對特定極化的電磁波有效，不能實現對任意極化電磁波的隱身。

總而言之，現有技術上的上述隱身方法的局限性主要有：

1.大多數傳統隱身衣只能應用于特定極化電磁波，如果要實現傳統體隱身衣的全極化，需要控制六個電磁參數，即介電常數的三個空間分量和磁導率的三個空間分量，這使得實現難度非常大。

2.大多數隱身衣均采用光程近似，即保持參數的折射率不變，改變阻抗，以便利用現有的材料實現，但是如果阻抗不匹配會造成很強的反射，被隱身物體仍然可以被探測到。

3.已有的全極化隱身衣均采用準保角變換方法設計，但是這種方法會使反射波引入一個側向偏移，所以物體并沒有得到完美隱身。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三維全極化的超表面隱身衣，從而克服現有技術的全部或部分缺陷。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：

本發明一種三維全極化的超表面隱身衣由相移諧振單元無縫拼接而成；所述相移諧振單元由上層介質、中間層介質和下層介質構成，相移諧振單元的每條輪廓線尺寸均小于工作電磁波波長；上層介質為具有全極化功能的諧振結構，上層介質固定在中間層介質的上表面，中間層介質是非金屬層，下層介質是金屬層，下層介質的上表面和中間層介質的下表面緊貼且完全吻合；

每個相移諧振單元的改變的反射波相位滿足式(1)所示的條件：

δ＝180°-2k_bhcos(θ)(1)