[發明專利]一種縮減雷達散射截面的高透明度漫反射超表面

在審

• 申請號: 202011608676.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112821079A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 黃雙;魏雅琪;陳源寶;謝剛;趙雨桐;陳佳;陳建忠
• 申請（專利權）人: 武漢第二船舶設計研究所（中國船舶重工集團公司第七一九研究所）
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種縮減雷達散射截面的高透明度漫反射超表面。本發明的漫反射超表面，從上至下依次為：頂層、中間層和底層；其中，底層為ITO；中間層為光學透明的介質層；頂層為具有兩種外輪廓均為圓形閔可夫斯基環的金屬網；以兩種圓形閔可夫斯基環金屬網為基本單元，在工作頻段范圍內，兩種基本單元幅值近似相等、相位相差180°±30°。其中一種基本單元的相位可歸為0°，稱為“0”元素；另一種的相位可歸為180°，稱為“1”元素。兩種基本單元具有自相似性與極化不敏感的特點。本發明漫反射超表面具有透光率高、易于實現，能夠在較寬的頻率范圍內具有明顯的縮減后向RCS的功能。

技術領域

本發明涉及人工電磁材料技術領域，具體涉及一種縮減雷達散射截面的高透明度漫反射超表面。

背景技術

隨著雷達和防空技術的不斷發展，軍事探測技術和隱身技術迅速成熟，目標的隱身性能已成為提高其生存能力和穿透能力的關鍵因素。近年來，已經提出了許多縮減RCS的方法。電磁超材料作為一種人造復合材料，為電磁隱身技術提供了許多新的思路。通過設計不同的結構單元，電磁超材料可以靈活地調節電磁波的狀態以實現特定功能，例如具有異常的反射和折射效應的相位梯度超表面(PGM)、通過共振吸收來減少后向散射的超材料吸收器(MA)、通過結合AMC單元和PEC單元使產生的反射波之間的相消干涉，從而縮減物體的RCS等。

例如，東南大學在其申請的名稱為“一種寬帶吸收、散射可調超表面”(申請號，201910186499.2；授權公告號，CN 109904623 A)專利文獻中，公開了一種寬頻帶吸波、散射可調超表面，該超表面由相同單元周期排列組成，所述單元由上層金屬結構、有源器件、中層介質及下層金屬背板構成。該超表面在8GHz-10GHz頻帶內垂直反射率動態可調、散射方向圖動態可調。

然而，現有的飛機隱身涂層均為非透明的，但飛機座艙、艦船駕駛艙、儀器表盤等透明玻璃部件均存在隱身需求，這成了目前隱身技術的一個短板。隨著下一代隱身飛機與艦船綜合隱身技術的發展，對透明玻璃部件的隱身涂覆材料提出更高要求。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種縮減雷達散射截面的高透明度漫反射超表面，采用柵格狀的金屬網來代替金屬面來提高整體的透明度，利用圓形閔可夫斯基環，使得基本單元的幅值相等、相位相差180°±30°；本發明漫反射超表面具有透光率高、易于實現，能夠在較寬的頻率范圍內具有明顯的縮減后向RCS的功能。

本發明的漫反射超表面，從上至下依次為：頂層、中間層和底層；其中，底層為ITO；中間層為光學透明的介質層；頂層為具有兩種外輪廓均為圓形閔可夫斯基環的金屬網；以兩種圓形閔可夫斯基環金屬網為基本單元，在工作頻段范圍內，兩種基本單元幅值近似相等、相位相差180°±30°。其中一種基本單元的相位可歸為0°，稱為“0”元素；另一種的相位可歸為180°，稱為“1”元素。兩種基本單元具有自相似性與極化不敏感的特點。通過排布“0”元素和“1”元素，獲得漫反射超表面。

較優的，可以將兩種基本單元分別組成N×N陣列后，N≥2；再以陣列的形式進行排布優化布局，以近似滿足每個基本單元都是周期排布結構。通過優化子陣的排布方式，使得漫反射超表面的散射波束隨機分布到上半空間，得到較佳的漫反射效果的超表面。

較優的，所述兩種金屬網中，其圓形閔可夫斯基環中的參數w相等，通過改變參數r和參數l，使得兩種基本單元的幅值相等、相位相差180°。

較優的，所述w小于r₂；r₂為兩種基本單元中圓形閔可夫斯基環較小者的半徑。

較優的，所述兩種金屬絲網的圓形閔可夫斯基環的尺寸r、w、l分別為：r₁＝3.3mm、w₁＝1mm、l₁＝2.1mm，以及r₂＝1.7mm,w₂＝1mm,l₂＝0.7mm。