[发明专利]一种缩减雷达散射截面的高透明度漫反射超表面

说明书

本发明公开了一种缩减雷达散射截面的高透明度漫反射超表面。本发明的漫反射超表面，从上至下依次为：顶层、中间层和底层；其中，底层为ITO；中间层为光学透明的介质层；顶层为具有两种外轮廓均为圆形闵可夫斯基环的金属网；以两种圆形闵可夫斯基环金属网为基本单元，在工作频段范围内，两种基本单元幅值近似相等、相位相差180°±30°。其中一种基本单元的相位可归为0°，称为“0”元素；另一种的相位可归为180°，称为“1”元素。两种基本单元具有自相似性与极化不敏感的特点。本发明漫反射超表面具有透光率高、易于实现，能够在较宽的频率范围内具有明显的缩减后向RCS的功能。

技术领域

本发明涉及人工电磁材料技术领域，具体涉及一种缩减雷达散射截面的高透明度漫反射超表面。

背景技术

随着雷达和防空技术的不断发展，军事探测技术和隐身技术迅速成熟，目标的隐身性能已成为提高其生存能力和穿透能力的关键因素。近年来，已经提出了许多缩减RCS的方法。电磁超材料作为一种人造复合材料，为电磁隐身技术提供了许多新的思路。通过设计不同的结构单元，电磁超材料可以灵活地调节电磁波的状态以实现特定功能，例如具有异常的反射和折射效应的相位梯度超表面(PGM)、通过共振吸收来减少后向散射的超材料吸收器(MA)、通过结合AMC单元和PEC单元使产生的反射波之间的相消干涉，从而缩减物体的RCS等。

例如，东南大学在其申请的名称为“一种宽带吸收、散射可调超表面”(申请号，201910186499.2；授权公告号，CN 109904623 A)专利文献中，公开了一种宽频带吸波、散射可调超表面，该超表面由相同单元周期排列组成，所述单元由上层金属结构、有源器件、中层介质及下层金属背板构成。该超表面在8GHz-10GHz频带内垂直反射率动态可调、散射方向图动态可调。

然而，现有的飞机隐身涂层均为非透明的，但飞机座舱、舰船驾驶舱、仪器表盘等透明玻璃部件均存在隐身需求，这成了目前隐身技术的一个短板。随着下一代隐身飞机与舰船综合隐身技术的发展，对透明玻璃部件的隐身涂覆材料提出更高要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种缩减雷达散射截面的高透明度漫反射超表面，采用栅格状的金属网来代替金属面来提高整体的透明度，利用圆形闵可夫斯基环，使得基本单元的幅值相等、相位相差180°±30°；本发明漫反射超表面具有透光率高、易于实现，能够在较宽的频率范围内具有明显的缩减后向RCS的功能。

本发明的漫反射超表面，从上至下依次为：顶层、中间层和底层；其中，底层为ITO；中间层为光学透明的介质层；顶层为具有两种外轮廓均为圆形闵可夫斯基环的金属网；以两种圆形闵可夫斯基环金属网为基本单元，在工作频段范围内，两种基本单元幅值近似相等、相位相差180°±30°。其中一种基本单元的相位可归为0°，称为“0”元素；另一种的相位可归为180°，称为“1”元素。两种基本单元具有自相似性与极化不敏感的特点。通过排布“0”元素和“1”元素，获得漫反射超表面。

较优的，可以将两种基本单元分别组成N×N阵列后，N≥2；再以阵列的形式进行排布优化布局，以近似满足每个基本单元都是周期排布结构。通过优化子阵的排布方式，使得漫反射超表面的散射波束随机分布到上半空间，得到较佳的漫反射效果的超表面。

较优的，所述两种金属网中，其圆形闵可夫斯基环中的参数w相等，通过改变参数r和参数l，使得两种基本单元的幅值相等、相位相差180°。

较优的，所述w小于r₂；r₂为两种基本单元中圆形闵可夫斯基环较小者的半径。

较优的，所述两种金属丝网的圆形闵可夫斯基环的尺寸r、w、l分别为：r₁＝3.3mm、w₁＝1mm、l₁＝2.1mm，以及r₂＝1.7mm,w₂＝1mm,l₂＝0.7mm。