[發明專利]用于寬帶寬角RCS減縮的混合機理電磁超表面

有效

• 申請號: 202010829386.2
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111900546B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 姜文;席延;張浩宇;洪濤;龔書喜
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/24;H01Q3/24
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明公開了一種用于寬帶寬角RCS減縮的混合機理電磁超表面，主要解決現有技術對RCS減縮帶寬窄，角度穩定性差的問題。其由上、下緊貼的兩層介質板(2,3)構成，下層介質板的上表面設有超表面結構層(1)，下表面為金屬反射板(4)。該超表面結構層由2×2個混合機理超表面模塊沿結構中心順時針旋轉構成，每個超表面模塊由4×4個混合機理超表面單元構成。每個混合機理超表面單元由三組不同長度的L型金屬貼片、兩組金屬化通孔及兩組焊接在超表面單元上的集總電阻組成，通過金屬化通孔將超表面單元和金屬反射板連接為一個整體。本發明展寬了RCS的減縮帶寬，提高了超表面的角度穩定性，可用于寬帶寬角雷達散射截面RCS的減縮。

技術領域

本發明屬于新型人工電磁材料領域，具體涉及一種基于混合機理設計的電磁超表面結構，可用于寬帶寬角雷達散射截面RCS的減縮。

背景技術

隨著無線電技術和雷達探測技術的高速發展，隱身特性已經成為衡量目標性能優劣的重要指標，衡量目標可探測性的重要指標就是雷達散射截面RCS。傳統的RCS減縮技術主要是通過改變目標外形和涂覆雷達吸波材料實現RCS減縮。但又因為其他現實因素的限制，通過單一的外形設計并不能實現對寬頻帶的RCS減縮，另外通過雷達吸波材料涂覆吸收會增加目標重量和厚度，且涂覆材料昂貴，后期維護費用高昂。鑒于傳統RCS減縮手段的眾多缺陷，研究人員開始探索采用更為經濟有效的辦法來實現目標的RCS減縮。

人工電磁材料是采用亞波長的人工電磁結構按照周期性排列構成，是對電磁波具有強大調控功能的人工復合材料，新型電磁超表面屬于人工電磁材料的一個特殊形式。因其具有結構簡單、成本低和帶寬寬的優點，因而在天線技術、微波和太赫茲器件、光電子器件等諸多領域具有重要的應用價值和發展前景。與傳統的RCS減縮方法相比，該表面是由人工電磁材料結構單元通過周期排布來構造的超薄二維陣列面，其具有厚度遠小于工作波長、損耗低的優點，且更容易與傳統器件相集成。

2008年，Pendry等人發明的單頻點完美吸收的超材料吸波體證明了電磁超材料對RCS縮減的可行性，該發現激發了研究人員利用電磁超表面對寬帶，大角度入射的RCS減縮研究。

2019年，Tao Hong等人在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters期刊上發表了一篇名為《RCS Reduction and Gain Enhancement for the CircularlyPolarized Array by Polarization Conversion Metasurface Coating》的論文，該論文提出了一種由雙箭條帶式極化轉化單元組成的極化轉化電磁超表面。文中將條帶式極化轉化表面單元棋盤狀排列，仿真結果表明：雷達截面在10.5-35.1GHz的頻帶范圍內有大于4.8dB的RCS減縮效果，但是該極化轉化電磁超表面僅在10.90-13.10GHz、15.70-19.00GHz和27.50-33.00GHz三個頻段內有大于10dB的RCS減縮效果，而在10.5-10.9GHz、13.1-15.7GHz和19-27.5GHz頻帶內的RCS減縮效果均小于10dB，無法實現寬帶寬角的RCS減縮效果。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提出了一種新型的混合機理寬帶RCS減縮電磁超表面，同時控制電磁波的幅度和極化方式，用于解決現有技術中極化轉化超表面(PCM)對入射角度較敏感，以及解決吸波體寬吸收帶寬和低剖面高度無法兼顧的問題。

為實現上述目的，本發明用于寬帶寬角RCS減縮的混合機理電磁超表面，包括超表面結構層、上層介質板、下層介質板和金屬反射板，超表面結構層和金屬反射板分別印制在下層介質板的上下表面，其特征在于：