[发明专利]一种多功能超表面及隐身天线

说明书

本发明公开一种多功能超表面及隐身天线，该超表面的单元依次五层金属层和介于金属层间的四层介质基板，其中第一、第二、第四、第五金属层分别设有两条平行等长的矩形金属贴片；第一和第二金属层的矩形金属贴片长度不同，其他参数相同，第四和第五金属层也只有贴片长度不同；第二与第四金属层的金属贴片相互正交；第三金属层上设有一个C形金属开口环；该超表面在y极化电磁波正向入射时实现透射功能，在x极化电磁波正向入射时实现波束偏折功能，在y极化电磁波反向入射时实现雷达散射截面缩减功能。本发明可以独立实现高性能天线、波束偏折和雷达散射截面缩减三种功能，可以应用于实现某些特定环境下的隐身天线，具有电尺寸小、高增益等优点。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料、无线通信领域，具体涉及一种集成透射、反射、雷达散射截面缩减多功能的超表面，以及实现宽带、低旁瓣的隐身天线。

背景技术

随着研究人员对超材料的不断探索，也发现了超材料的一些不足。由于三维的超材料结构复杂、制造成本高、体积庞大且损耗高等缺点，极大地阻碍了它的广泛应用。直到2011年，一种被定义为超表面的新型人工微结构被美国哈佛大学的Capasso教授团队首次提出，它是三维超材料的二维化形式，通过在二维平面上空间排布厚度很薄的亚波长尺寸结构得到。通过在媒质界面上引入相位的不连续性，打破了经典的斯涅尔定律的应用局限，并提出了广义斯涅尔定律，该定律为人们设计电磁波调控器件提供了新的思路。随着对超表面的研究和认知不断加深，超表面的研究和发展也出现新的趋势，更加关注于小型化、共面、多功能、可重构、集成化和数字化等。超表面不仅在电磁学、光学等领域引起广泛关注，同时也成为材料学、声学、信息科学及相关交叉学科的研究热点。这种平面化超表面的加工和制备可以与现代的半导体技术和印刷电路版技术等成熟技术完美兼容，大大降低了器件的加工制备成本和剖面大小，也减少了由于传播波程而引起的损耗，极大地克服了超材料在工程应用中的缺陷。

各向异性超表面单元在不同的电磁波激励下表现出不同的电磁响应，而当特定极化和特定传播方向的电磁波激励超表面时，超表面可以对电磁波进行独立调控，且不产生相互影响。由于具有高度的极化和入射方向独立性，各向异性超表面可以集成多种功能，简化了多功能电磁器件的设计难度。

各向异性超表面已被应用于独立调控两个正交极化下的反射/透射电磁波，如轨道角动量发射器，偏振分束器等。但已有文献均局限于超表面的相位调控，至今还未见具有宽带和任意调幅和调相特点的集成反射/透射的多功能超表面。现有技术还存在电尺寸大、窄带、效率低和不能调控幅度等缺点。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成透射、反射、雷达散射截面缩减多功能的超表面，以及提供一种低副瓣、高增益，且重量轻、成本低和易组装集成的超表面隐身天线。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种多功能超表面，所述超表面的单元依次包括第一金属层、第一介质基板、第二金属层、第二介质基板、第三金属层、第三介质基板、第四金属层、第四介质基板和第五金属层；所述第一金属层、第二金属层、第四金属层、第五金属层分别设有两条平行的矩形金属贴片，两条矩形金属贴片的长度相同；所述第一金属层和第二金属层的矩形金属贴片距离单元中心的位置以及贴片宽度相同，但长度不同；所述第四金属层和第五金属层的矩形金属贴片距离单元中心的位置以及贴片宽度相同，但长度不同；所述第二金属层与第四金属层的矩形金属贴片相互正交；所述第三金属层上设有一个C形金属开口环；所述超表面在y极化电磁波正向入射时实现透射功能，在x极化电磁波正向入射时实现波束偏折功能，在y极化电磁波反向入射时实现雷达散射截面(RCS)缩减功能；其中x方向为第一金属层上金属贴片长度方向，y方向为第一金属层上金属贴片宽度方向。

进一步地，通过改变C形金属开口环的开口旋转角度调控透射幅度，通过改变C形金属开口环的开口大小调控透射相位。

进一步地，所述C形金属开口环的开口大小在2°到84°，开口旋转角度在-45°到45°。