[发明专利]基于吸波材料和超表面结合的超宽带低散射超材料

说明书

本发明公开了一种基于吸波材料和超表面结合的超宽带低散射超材料，主要解决现有10dB雷达散射截面减缩频带较窄的问题。其由M*N个低散射超材料单元按棋盘型排布方式拼接而成，每个单元包括金属地板(1)、下介质基板(2)、一对L型金属贴片(3)；下介质基板的下表面紧贴在金属地板的上表面，上表面设有安全玻璃容器(4)，该安全玻璃容器内装有水溶液(5)，与安全玻璃容器构成水吸波材料单元；下介质基板正上方设有上介质基板(6)，一对L型金属贴片印制在上介质基板的上表面，且与金属地板通过金属化过孔(7)相连接，以构成极化旋转超表面结构单元。本发明提高了减缩频带，可实现在整个超宽频带内的雷达散射截面减缩。

技术领域

本发明属于微波材料技术领域，特别涉及一种低散射超材料，可用于天线的雷达散射截面减缩。

背景技术

在雷达天线领域中，提高散射特性的关键在于如何缩减雷达截面，而雷达截面是散射特性中最基本的参数，它是指目标在平面波照射下在给定方向上返回功率的一种量度。

天线是一类特殊的散射体，它的散射包括两部分：一部分是与散射天线负载情况无关的结构模式项散射场，它是天线接匹配负载时的散射场，其散射机理与普通散射体相同；另一部分则是随天线的负载情况变化的天线模式项散射场，它是由于负载与天线不匹配而反射的功率经天线再辐射而产生的散射场，这是天线作为一个加载散射体而特有的散射场。

针对这两种散射的会议期刊越来越多,目前文献中实现天线雷达散射截面减缩的有效途径包括修形技术、加载吸波材料、无源对消和有源对消技术等。随着信息领域中雷达探测技术的提高，单独对天线运用修形技术或是在天线表面添加吸波材料来实现天线雷达散射截面减缩，都达不到完美的效果。因此如何最大程度地平衡天线的辐射性能与散射性能是信息领域中重要的研究方向之一。

电磁超材料EM的概念最早在1968年提出，前苏联物理学家Veselago提到一种设想，即存在一种左手媒介，其介电常数ε和磁导率μ同时为负值，入射到该材料的电磁波传播特性与入射到天然材料的电磁波传播特性不同。电磁超材料作为一种人工复合结构，有着异于天然材料的功能，电磁超材料的媒质特性主要取决于其单元结构和空间布局。利用电磁超材料独特的电磁特性，可以实现对电磁波相位、极化方式及传播模式等特性进行合理的调控。许多研究学者提出了各种超材料单元结构的设计理论并付诸于实践。例如电磁带隙结构可以降低阵列单元间的耦合，左手材料可以实现电磁波的异向反射或折射，基于光学变换的异向介质已经应用于隐身斗篷的设计，部分反射面与F-P谐振腔天线结合提高天线最大辐射方向的增益等。

这些方案的实现措施可以分为两类，一类是吸收入射波，另一类是将入射波反射到其他无威胁角度方向。其中在第一种措施的基础上，通过大量采用集总电阻或电阻片可设计出超表面吸收器，但是10dB RCS减缩带宽很窄；第二种措施是先利用理想电导体PEC与人工磁导体AMC的180度相位差，实现窄带雷达散射截面减缩，再设计出若干具有一定相位差的不同元素组成的超表面，如相位梯度超表面、编码超表面和极化旋转反射表面，以实现宽频带雷达散射截面减缩，但其10dB RCS减缩带宽也很窄。因此，基于上述两种措施的超表面实现10dB RCS减缩带宽都非常有限，从而导致天线的散射性能很差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术存在的缺陷，提出一种基于吸波材料和超表面结合的超宽带低散射超材料，以实现超宽频段的雷达散射截面减缩，提高天线的散射性能。

为实现上述目的，本发明的超宽带低散射超材料，由M*N个低散射超材料单元按棋盘型排布方式拼接而成，其中，M≥2，N≥2，M，N为正整数；每个超材料单元包括金属地板、下介质基板、一对L型金属贴片，下介质基板的下表面紧贴在金属地板的上表面，其特征在于：

下介质基板的上表面设有安全玻璃容器，该安全玻璃容器内装有水溶液，与安全玻璃容器构成水吸波材料单元；

下介质基板正上方间距c2处设有上介质基板，一对L型金属贴片印制在上介质基板的上表面，c2的取值范围为2.9～3.3mm；