[發明專利]一種基于石墨烯和光柵結合的寬帶動態可調RCS縮減結構

有效

• 申請號: 201811093598.8
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109239824B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 羅先剛;宋甲坤;黃成;馬曉亮;蒲明博
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;H01Q15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于石墨烯和光柵結合的寬帶動態可調RCS縮減結構，寬帶動態可調RCS縮減結構由自下到上依次排列的底部金屬層、介質層、石墨烯電控層、高折射率光柵層組成。其中石墨烯電控層由高方阻薄膜層，浸潤離子液的絕緣介質層和PET基底石墨烯層構成。將高折射率光柵層與石墨烯電控層構成多層結構，結合輻射損耗和吸收損耗兩種手段來拓展RCS縮減帶寬，并且通過外置偏壓調節石墨烯的費米能級來改變其方阻，從而在寬帶范圍內實現RCS縮減強度的動態調控。本發明優點在于在通過高折射率光柵層與石墨烯電控層相結合拓展RCS縮減帶寬的基礎上，可以通過外置偏壓在寬帶范圍內控制RCS縮減強度,并且在某一狀態下其對應的RCS縮減強度都大于10dB。

技術領域

本發明涉及動態可調RCS縮減領域，特別涉及一種基于石墨烯和光柵結合的寬帶動態可調RCS縮減結構。

背景技術

在過去幾十年里，由于雷達散射截面(RCS)縮減技術在民用以及軍用領域具有極其重要的作用，人們對其進行了廣泛并且深入的研究。到目前為止，控制目標雷達散射信號強度主要有兩種技術手段：一種是將入射電磁波直接吸收并轉化為熱能或者其他形式的能量，從而減少后向散射能量。基于這種原理設計了各種各樣的吸波結構，比如：salisbury屏吸收體， jaumann吸收體以及頻率選擇表面吸收體等等，可直接吸收入射電磁波實現RCS縮減。另一種RCS縮減技術是將入射電磁波信號偏折到其他非雷達信號接收方向實現RCS縮減。

通過在RCS縮減結構中引入動態元素還可以實現RCS縮減強度的動態調控，RCS縮減強度的動態調控使目標具有更好的環境適應性，更強的隱蔽特性，可以提高目標的生存能力。動態可調RCS縮減結構通常采用外加激勵如：機械調節、溫控、光照以及電控等方式改變材料工作狀態，實現吸波特性的動態可調。與其它調控手段相比而言，電控無需引入額外的復雜控制系統，是一種簡單有效的動態控制方式。石墨烯作為單原子層二維材料其材料特性可以通過外加偏壓控制，已廣泛應用在動態可調的開關、調制器以及隱身等結構的設計當中。 2015年土耳其bilkent大學的學者首次在微波頻段提出了基于石墨烯電容結構實現吸波特性動態調控的設計，通過利用雙層石墨烯以及浸潤離子液的絕緣介質層構成電容，通過對石墨烯電容充放電實現反射系數的動態調控，并且制備了異形表面動態吸波結構，雖然實現了吸波效果的動態調控但是吸波帶寬相對較窄。

發明內容

為了解決動態可調吸波帶寬較窄的問題，本發明提出了一種基于石墨烯和光柵結合的寬帶動態可調RCS縮減結構，包括自下到上的底部金屬層、介質層、石墨烯電控層、高折射率光柵層組成；其中石墨烯電控層由高方阻薄膜層，浸潤離子液的絕緣介質層和PET基底石墨烯層構成，通過結合高折射率光柵層與石墨烯電控層構成多層RCS縮減結構，結合輻射損耗和吸收損耗兩種手段來拓寬RCS縮減帶寬，并且僅通過改變石墨烯電控層的外加偏壓即可在寬帶范圍內實現RCS縮減強度的動態調控。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：一種基于石墨烯和光柵結合的寬帶動態可調RCS縮減結構，自下到上依次由底部金屬層、介質層、石墨烯電控層、高折射率光柵層組成；其中石墨烯電控層依次自下到上由高方阻薄膜層，浸潤離子液的絕緣介質層和PET基底石墨烯層構成；高折射率光柵層將入射電磁波散射到其它方向以及利用石墨烯電控層、介質層和底部金屬層構成Salisbury屏進一步吸收入射電磁波實現RCS縮減；通過對石墨烯電控層施加外加偏壓來控制石墨烯方阻實現RCS縮減的動態調控。

其中，所述底部金屬層的厚度d，其取值范圍為d10δ₀，δ₀為金屬的趨膚深度。

其中，介質層厚度為t，其取值范圍為λ₀/10tλ₀/3，λ₀為中心波長。

其中，所述的石墨烯電控層中的PET基底石墨烯層為轉移到PET基底上的石墨烯，所述的絕緣介質為商用的CelgardPE隔膜，浸潤液體為離子液體，優選為DEMETFSI。所述的高方阻薄膜層方阻大于PET基底石墨烯層方阻，優選為3000Ω。