[發(fā)明專利]一種超薄超寬帶的棋盤結(jié)構(gòu)RCS縮減超表面

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011010696.8
• 申請(qǐng)日: 2020-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN112216993B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張麗;代靈鷺;翁小龍;張敏;殷舉航;文靜;張文婷;沈濤;鄧龍江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q15/00
• 分類號(hào): H01Q15/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于新型人工電磁材料領(lǐng)域，具體涉及一種超薄超寬帶的棋盤結(jié)構(gòu)RCS縮減超表面。本發(fā)明基于人工磁導(dǎo)體AMC結(jié)構(gòu)，通過兩種超表面基本單元復(fù)合結(jié)構(gòu)的頂層金屬圖形的設(shè)計(jì)以及進(jìn)一步的材料和尺寸的選擇，將基本單元0和1進(jìn)行陣列排布構(gòu)成超級(jí)單元0和1后，將兩種超級(jí)單元按照棋盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得。在8?12GHz波段，使其相位差能在較寬的頻段內(nèi)滿足RCS縮減需求，且適用于高溫環(huán)境。本發(fā)明超表面厚度較薄，介質(zhì)厚度為2.3mm，整體超表面厚度為2.37mm，相比于現(xiàn)有技術(shù)減少了0.7mm；頻帶寬，縮減效果好，10dB以上的帶寬可達(dá)3GHz，相對(duì)帶寬可達(dá)26.9％，在8?12GHz工作時(shí)，最大的RCS縮減值為25dB；解決了超表面在保證帶寬的同時(shí)降低超表面的厚度以及可應(yīng)用于高溫環(huán)境的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型人工電磁材料領(lǐng)域，具體涉及一種超薄超寬帶的棋盤結(jié)構(gòu)RCS(雷達(dá)散射截面，Radar Cross Section)縮減超表面。

背景技術(shù)

超表面是按照一定的排列組合而成的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)。與自然界所存在傳統(tǒng)材料不同的是，超表面可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的參數(shù)從而達(dá)到對(duì)材料自身的電磁參數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)控，其主要原理是靠引入相位突變來(lái)改變電磁波的傳播性質(zhì)。

由于超表面僅考慮二維，因此超表面具有厚度薄，重量輕等特點(diǎn)，此外，超表面設(shè)計(jì)比較靈活，能夠調(diào)節(jié)作用的頻段。通過調(diào)節(jié)超表面材料和尺寸結(jié)構(gòu)等方法，可以將超表面的工作頻段擴(kuò)寬到太赫茲和光波波段。對(duì)于超表面的應(yīng)用，目前國(guó)際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有：負(fù)折射率、隱身斗篷、逆多普勒現(xiàn)象、超吸收等。然而超表面的缺點(diǎn)同樣明顯，即由于超表面的工作機(jī)理主要是基于電磁諧振，因此當(dāng)電磁波頻率與諧振點(diǎn)產(chǎn)生偏離時(shí)，超表面無(wú)法滿足阻抗匹配的條件，導(dǎo)致工作帶寬非常窄。

人工磁導(dǎo)體(Artificial Magnetic Conductor，AMC)結(jié)構(gòu)降低目標(biāo)RCS的工作機(jī)理是構(gòu)成棋盤結(jié)構(gòu)的理想電導(dǎo)體(Perfect Electric Conductor，PEC)單元與AMC單元形成相位差，導(dǎo)致反射波之間產(chǎn)生干涉相互抵消。利用AMC單元與PEC單元的相位差為180°的特性，提出將AMC單元與PEC單元交替排布組成棋盤結(jié)構(gòu)，使得垂直入射方向的反射電磁波相互抵消，達(dá)到了RCS減縮的目的。但是，基于AMC與PEC的超表面作用帶寬都比較窄。現(xiàn)有的超表面的設(shè)計(jì)圖形通常為同一圖案，同一圖案的超表面難以達(dá)到相位差要求。目前的研究中，雖然可以到達(dá)8.6dBRCS縮減的相對(duì)帶寬為32％，但其厚度為3mm及以上，且通常使用的介質(zhì)材料為FR-4，并不能在高溫條件下使用。

基于以上敘述可見，如何在保證帶寬的同時(shí)降低超表面的厚度成為了當(dāng)前超表面急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在問題或不足，為解決現(xiàn)有超表面在保證帶寬的同時(shí)降低超表面的厚度以及可應(yīng)用于高溫環(huán)境的技術(shù)問題；本發(fā)明提供了一種超薄超寬帶的棋盤結(jié)構(gòu)RCS縮減超表面，基于ZrO₂考慮設(shè)計(jì)兩種AMC結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合，從而擴(kuò)寬作用帶寬，根據(jù)相位相消原理，設(shè)計(jì)新的超表面圖形，使兩種超表面基本單元的相位差在8-12GHz滿足180°±37°，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)帶寬為26.9％的10dB以上的RCS縮減，且適用于高溫環(huán)境。

具體技術(shù)方案如下：

一種超薄超寬帶的棋盤結(jié)構(gòu)RCS(雷達(dá)散射截面,Radar Cross Section)縮減超表面，由底板金屬層、中間介質(zhì)層和頂層圖形單元構(gòu)成。

所述頂層圖形單元包括兩種基本單元，分別為0和1，均是在邊長(zhǎng)為a的正方形居中設(shè)置圖形，然后以邊長(zhǎng)為a的正方形為基準(zhǔn)將兩種基本單元排布而成；基本單元0的圖形是一個(gè)圓形，基本單元1的圖形是將邊長(zhǎng)為b的正方形以其中心點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°后將旋轉(zhuǎn)前后的兩個(gè)正方形重疊部分去除后的類花瓣形圖案；將相同的基本單元0和1按照≥3X3的相同組合分別設(shè)置成超級(jí)單元0和1陣列，然后將超級(jí)單元0和1按照棋盤的方式排布構(gòu)成整個(gè)超薄超寬帶的棋盤結(jié)構(gòu)RCS縮減超表面，以達(dá)到降低RCS的目的。兩種超級(jí)單元0和1相位差滿足180°±37°，反射波進(jìn)行相互抵消。