[實用新型]一種自適應超表面電磁隱身衣

有效

• 申請號: 201822016845.6
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN209926997U
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 錢超;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: 11619 北京辰權知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉廣達

本實用新型提供一種自適應的超表面電磁隱身衣，包括諧振單元、探測器、電源模塊；諧振單元，用于無縫拼接成隱身衣；電源模塊，用于為諧振單元提供直流偏置電壓；探測器，用于探測入射電磁波信息和隱身衣所處的環境背景信息。本實用新型提供的隱身衣，諧振單元尺寸小于工作電磁波波長，設計靈活，其反射譜可以自由調控。自適應超表面隱身衣可以根據不同的入射波信息和環境背景信息主動地調節內部參數實現實時隱身，不需要人為干涉和大量耗時費力的全波數值仿真，效率高，反應速度靈敏，可廣泛應用于微波頻段和對實時性要求高的場景。

技術領域

本實用新型屬于電磁波隱身領域，具體涉及一種自適應超表面電磁隱身衣。

背景技術

在生物進化中，隱身是一種高級的自我保護方式。比如，變色龍、章魚等頭足類動物通過改變身體的顏色，使其與棲息背景顏色一致；透翅蝶的翅膀能夠大幅度減少光的反射，讓掠食者難以發現。更重要的是，這些動物昆蟲能夠根據不同的外界環境主動地調節身體內部微觀結構達到實時‘隱身’的目的。

人類也一直渴望擁有隱身能力。從中國名著西游記到現在的哈利波特，人們對于隱身的美好幻想從未停歇。傳統的隱身技術是通過在物體表面涂敷各種功能材料，從而達到損耗或漫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構造的，僅可規避單基站的雷達探測，而不能對多基站雷達同時隱身，并不是真正的隱身。近些年來，隨著變換光學和材料科學的發展，科學家們已經成功實現了微波段到光波段的隱身，其潛在的物理原理主要有變換光學、散射相消和超表面。

變換光學基于麥克斯韋方程的形式不變性，調控光線繞過被隱身物體，理論上不產生任何電磁散射。實驗上，可以采用異向介質構造出滿足變換光學要求的等效電磁參數，再按照一定規則空間排列這些異向介質于被隱身物體的周圍。散射相消是將等離子體包裹在被隱身物體表面，激發的偶極子將會彼此相抵消，使得散射場明顯降低，從而實現內部物體隱身。超表面是將亞波長諧振單元覆蓋在被隱身物體表面，通過調節每個諧振單元的反射相位，使有隱身衣的障礙物產生的散射場與沒有障礙物時產生的散射場一樣。這三種當下流行的隱身方法具有各自的優缺點，應用于不同的場景。比如，變換光學對電磁參數要求非常苛刻，實現起來困難；異向介質由于在光波段損耗大且色散劇烈，只能工作在很窄的微波頻段。

科學家們在設計隱身衣時往往依賴全波數值仿真來探究人工微結構和光的復雜作用關系，這種方法耗時費力，主要體現在以下三個方面：第一，全波數值仿真是一個反復求解迭代麥克斯韋方程的過程，其本身消耗時間長、工作效率低；第二，科學家們一般需要窮舉并仿真每種可能的微結構，最后根據仿真結果確定最終采用的微結構，這種工作方式單調乏味，任務量非常大且往往需要做很多無用功；第三，材料結構和光的作用關系具有強烈非線性，微小的結構調整可能會帶來截然不同的結果，這意味著最終采用的微結構并一定是全局最優。除此之外，這些隱身衣一旦設計制作完成，只能工作在既定的環境模式下。當受到入射波信息或改變所處的環境背景時，隱身性能可能會喪失，即缺少像自然界中變色龍一樣的自適應性。

實用新型內容

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。

一種自適應的超表面電磁隱身衣，包括諧振單元、探測器、電源模塊；

諧振單元，用于無縫拼接成隱身衣；

電源模塊，用于為諧振單元提供直流偏置電壓；

探測器，用于探測入射電磁波信息和隱身衣所處的環境背景信息。

進一步地，諧振單元為亞波長有源諧振單元，多個亞波長有源諧振單元無縫拼接，亞波長有源諧振單元包括三層：上層為諧振結構，中層為低損耗的介質，下層為金屬。

進一步地，諧振結構上焊接有變容二極管，通過加載直流偏置電壓于變容二極管以調控反射光譜。

進一步地，亞波長有源諧振單元尺寸小于工作電磁波波長。