[發明專利]一種寬帶、寬角RCS減縮的極化轉換復合超表面結構

有效

• 申請號: 202011516636.3
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112736479B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 陳海燕;沈鑫;黃云強;嚴穎煜;鄧龍江;陸海鵬;謝建良;張林博;周志鵬;李小秋
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明涉及超材料，特別是一種寬帶、寬角RCS減縮的極化轉換復合超表面結構。本發明通過設計加載通孔的6種極化轉換基本單元結構構成周期結構單元，然后將周期結構單元進行排布，使得極化轉換效率在大角度斜入射條件下更為穩定，再結合極化轉換和相位梯度兩種機制組成復合型超表面后，實現了寬帶、寬角的單站RCS減縮，在微波領域具有廣泛的應用前景。與單純的相位梯度超表面相比，本發明的反射相位能夠覆蓋0～2π，并且僅需設計一半的單元結構，再通過鏡像對稱即可得到反射相位在0～2π的單元結構，具有設計簡單等特點；與其他超表面相比，能夠在實現寬帶RCS減縮的同時，還能在寬角范圍內實現RCS減縮。

技術領域

本發明涉及超材料，特別是一種寬帶、寬角RCS減縮的極化轉換復合超表面結構。

背景技術

雷達散射截面(RCS)減縮是減弱目標結構體對雷達探測波的散射，削弱雷達探測器對于目標結構體的探測能力，從而使得敵方雷達探測器戰斗力大幅度降低。目前實現雷達散射截面減縮的主要方法有：改變外形實現隱身，加載雷達吸波材料實現隱身，采用無源結構體加載與目標結構體散射對消以及加載有源設備實現散射對消。隨著新型電磁超材料的發展，由于其獨特的電磁特性，使得電磁隱身技術有了更多的方法。

其中目前采用較多的方法是通過設計單元結構，將其排布為棋盤格的形式，利用極化轉換機理，線極化入射波會轉換為與入射波極化正交的反射波，當反射波幅值相等，相位相差 180°時，能夠實現相位相消，使得目標體的RCS得以減縮，例如開口方環結構，橢圓結構等。或將單元結構設計為具有固定反射相位差的多個單元后，周期排列組成相位梯度超表面，利用空間波耦合為平面波使RCS得以減縮，但相位梯度超表面的反射相位覆蓋范圍僅為[0,π]。還有引入隨機編碼，粒子群優化算法等原理排布為超表面的方法。

發明內容

針對目前研究中存在的問題或不足，為解決現有相位梯度超表面存在大角度RCS減縮和 /或反射相位覆蓋范圍相對不足的問題，本發明提供了一種寬帶、寬角RCS減縮的極化轉換復合超表面結構。

一種寬帶、寬角RCS減縮的極化轉換復合超表面結構，由54mm×9mm的矩形周期結構按規律排布而成。

所述周期結構的排布規律具體為：以超表面結構的中心點為原點，建立x-y坐標軸，以逆時針方向定義1、2、3、4共計4個象限，各象限中周期結構以其寬邊平行x軸、長邊平行 y軸，按矩陣的方式依次排布構成整個超表面結構；沿x軸重復排列周期結構6n次，y軸重復排列n次，n為除0以外的自然數，得到1、3象限的模塊；然后將1、3象限的模塊分別以y軸做鏡像對稱得到2、4象限的模塊，最終組成了一個12n*12n的超表面結構。

所述周期結構由6種基本單元構成，各基本單元的規格為9X9mm，從下至上依次為底部金屬層1、中間介質層2和頂部金屬圖案層3，其中底部金屬層1和中間介質層2大小相適應堆疊，各頂部金屬圖案層3中圖形的中心和所屬基本單元中心重合。

所述基本單元中頂部金屬圖案層的圖形均由3個矩形構成，3個矩形分為2個相同的外側矩形和一個內側矩形，2個外側矩形以其一條長邊的中點和內側矩形兩對角端點重合的方式分別設置于內側矩形的兩側，且保持3個矩形的長邊互相平行或部分重合，其中內側矩形的長邊與x軸的夾角為30°；外側矩形長邊為3mm、寬邊為0.75mm，內側矩形寬邊為1.5mm；內側矩形按長邊分別為7.5mm、5mm和1.5mm三種，以構成三種基本單元；將上述三種基本單元的頂部金屬圖案層以周期單元的寬邊做鏡像從而構成另外三種基本單元，至此共計六種頂部金屬圖案層的基本單元。

按基本單元內側矩形長邊長度對基本單元編號分別為7.5mm-1號、5mm-2號、1.5mm-3 號、鏡像后7.5mm-4號、鏡像后5mm-5號、鏡像后1.5mm-6號，周期結構中6個基本單元從原點至y軸正方向的排布順序為6-5-4-3-2-1號，從原點至y軸負方向的排布順序為 1-2-3-4-5-6號。