[發明專利]柔性柱面共形超散射器及其結構設計方法

有效

• 申請號: 201711463477.3
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108183333B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 許河秀;彭清;張小寬;王光明;袁方
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于共形技術領域，具體為一種高效柱面共形超散射器及其結構設計方法。本發明由超散射器元胞在z方向進行有限周期延拓形成；超散射器元胞由柔性超表面、金屬圓柱以及泡沫圓環柱組成；柔性超表面的相位關于超表面中心呈現軸對稱分布，包括線性梯度相位以及曲面曲率補償相位，由系列結構相同的超表面單元沿圓柱面圓周方向和軸向方向排列實現，其中超表面單元在圓周方向上呈現非周期排列而在軸向方向呈現周期排列。本發明能將金屬柱面圓周方向上均一化的散射能量集中高定向散射于空間兩個方向，實現高效雙向奇異波束偏折，具有工作頻帶寬、極化不敏感、散射強度集中、方向性好、效率高、超薄且能與任意曲面平臺共形等特點。

技術領域

本發明屬于共形技術領域，具體涉及一種能加載于任意曲面平臺的高效、寬帶、極化不敏感的柔性柱面共形超散射器及其結構設計方法。

背景技術

具有任意形狀的曲面平臺在工程實際中普遍存在，尤其對于高速運行的飛機、導彈、火箭等，空氣動力學是主要考慮的因素。另外，多面和曲面結構由于具有很低的雷達雙站散射橫截面(RCS)，在隱身領域廣受青睞。在過去的幾十年內，大量科學研究和工程技術人員投身于共形技術和共形天線陣的研究。盡管如此，很少有人去研究如何增強曲面物體的散射強度，大部分工作集中于研究它的對立面，即如何實現RCS減縮。調控目標的RCS在不同領域具有不同用途，例如，降低RCS對實現目標隱身具有重要意義，但對于偏僻區域的曲面目標發現和檢測則是障礙，如何靈活調控高速運行曲面目標的散射波束數量、方向以及有效增加遠場散射信號強度，對我方高速運行目標如飛機、艦船和潛艇的生存、營救與航行安全尤為重要。同時，實際應用過程中為保證目標散射信號被安全接收，往往還希望發射信號在任意極化的電磁波照射下均能有效對目標進行探測，因此迫切需要目標具有極化不敏感的散射特性。

本發明基于射線追蹤法和PB相位技術提出了一種能與任意曲面平臺共形的高效、寬帶、極化不敏感柔性超散射器，并建立其結構參數設計方法，將柱面圓周方向上的均一化散射能量集中高定向散射于空間兩個方向，實現高效雙向奇異波束偏折；利用PB相位特性解決目標散射特性的極化不敏感性；基于相位關系與色散工程方法來保證散射器的效率和工作帶寬。本發明共形散射器具有工作頻帶寬、極化不敏感、散射強度高、方向性好、效率高、超薄等優勢，且共形曲率相位修正方法簡單、有效、精度高，解決了偏僻區域共形高速飛行器不易發現、探測等問題，為目標準確定位與及時搜救提供了一種技術保障。

發明內容

本發明目的在于提出一種能加載于任意曲面平臺的具有極化不敏感的超寬帶、高效柔性柱面共形超散射器及其結構設計方法。

本發明提出的高效、寬帶、極化不敏感的柔性柱面共形超散射器，其超散射器元胞結構如圖1所示。所述超散射器元胞由加載于任意曲面平臺的高效、寬帶、極化不敏感柔性超表面，用于充當柔性超表面地板和起支撐作用的半徑為R_o和高度為h的金屬圓柱，以及用于拓展超表面工作帶寬的泡沫圓環柱組成；其中，金屬圓柱與泡沫圓環柱等高且泡沫圓環柱緊緊包裹在金屬圓柱之上，即泡沫圓環柱的內徑等于金屬圓柱的半徑，泡沫圓環柱的厚度為h₂，柔性超表面厚度為h₁；柔性超表面自然伸展，緊緊包裹在泡沫圓環柱面上；所述柔性超表面由一系列結構相同的超表面單元沿圓柱面圓周方向排列組成，在圓周方向上超表面單元依次旋轉一定角度Φ，單元反射相位為幾何貝爾相位，且滿足所示超表面單元在圓周方向上呈現非周期(不等間距)分布；所述超表面單元周期為p，由底層金屬地板、柔性介質板、空氣層以及上層(厚度為0.036mm)的耶路撒冷金屬結構組成，如圖2所示。將超散射器元胞在z方向(即圓柱形的軸向)有限周期延拓K個(K≤10λ/p，p為單元周期，λ為工作波長)即可得到整個柱面共形超散射器，如圖2所示。