[发明专利]一种多种相位调控集成的散射透波一体化电磁编码超材料

说明书

本发明公开了一种多种相位调控集成的散射透波一体化电磁编码超材料，由多层堆叠结构的超材料基本单元构成。所述基本单元包括依次设置的第一金属层、第一介质层、蜂窝层、第二介质层、第二金属层；其中第一金属层包括一个变形的耶路撒冷十字，第二金属层包括一个十字槽。特殊的结构设计使单元具有各向异性，在x和y极化波入射下呈现出不同的反射、透射特性。本发明结构简单、易于加工，能够在宽带内利用散射机制实现RCS缩减，并在RCS缩减带内有高透射率的透波频点，从而有效地改善无线电设备的工作环境。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料领域，更具体地，涉及一种多种相位调控集成的散射透波一体化电磁编码超材料。

背景技术

新型人工电磁材料，也称电磁超材料(metamaterial)，是一种由亚波长结构周期或准周期阵列构成的人工材料。电磁超材料可以调控电磁波的幅度、相位、极化状态、频率乃至角动量，因此引起了广泛的关注。超材料具有广泛的应用，例如吸收体、平面透镜和极化转换器等。

在现代社会中，天线技术有着非常多的应用，因此，天线罩应用也收到了广泛关注。天线罩可以保护天线系统不受外界干扰。它可以承受恶劣的外部环境对机械性能带来的影响，保护天线免受阳光、风沙、雨雪等的侵害，使天线系统的性能稳定可靠，同时也能降低天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命。为了保证天线性能不受影响，它们必须允许电磁波以低损耗传输。基于带通频率选择表面(FSS)的特性，可以将其应用于天线罩的设计中。但传统的基于FSS的天线罩往往会反射带外信号，因此其雷达散射截面(Radar CrossSection，RCS)较大。天线系统的隐身将受到不利影响。

目前，超材料通常需要具备多功能性才能处理实际情况。频率选择吸波体(Frequency Selective Rasorber，FSR)可以看作是FSS、天线罩和吸收体的组合。与传统的FSS天线罩相比，基于FSR的天线罩可以低损耗通过电磁波，同时可以吸收带外信号而不是反射。除吸收外，还有许多其他的方法来降低RCS，例如散射对消。基于散射对消机制的FSR，可以在低损耗透波的同时，散射带外信号，从而降低天线罩的RCS，保障天线的隐身性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决基于FSS的传统天线罩的缺点，提供一种多种相位调控集成的散射透波一体化电磁编码超材料，应用该超材料的天线罩可以实现宽带RCS缩减并在带内低损耗透波。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下方案：

一种多种相位调控集成的散射透波一体化电磁编码超材料，该电磁编码超材料基本单元包括依次设置的第一金属层、第一介质板层、蜂窝层、第二介质板层以及第二金属层；所述第一金属层为耶路撒冷十字，所述耶路撒冷十字具备轴对称性，不具备旋转90°对称性；所述第二金属层为开十字槽金属；所述电磁编码超材料的“0”和“1”两个基本单元为同一结构，“0”单元旋转90°后成为“1”单元。

进一步地，该电磁编码超材料的第一、第二介质板层的厚度为0.25-0.5mm，介电常数为2.2-3，蜂窝层的厚度为6-9mm，介电常数为1.07-1.15；基本单元结构的单元周期长度为14-20mm。

进一步地，定义垂直于超表面的方向为z方向，沿z方向传播的x极化波与沿z方向传播的y极化波分别入射下，反射波幅度相同而相位相差为180°，透射波幅度相同而相位相差为0°。

进一步地，所述的超材料为超表面。

进一步地，相位调控的方式集成了电路相位和几何相位两种机理，其中电路相位通过第一金属层的耶路撒冷十字的结构参数进行调控，几何相位通过两种单元间旋转获得的90°进行调控。

进一步地，所述电磁编码超材料包括若干超胞，每个超胞含有多个相同的“0”或者“1”编码单元。

本发明还提供一种天线罩，所述天线罩的表面设有上述的多种相位调控集成的散射透波一体化电磁编码超材料。