基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面制造技术

本发明专利技术公开了一种基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面，包含介质基板、加载缝隙的金属贴片和金属地板，加载多对十字形缝隙的金属贴片印制于介质基板的上表面，金属地板印制在介质基板的下表面，所设计的人工磁导体单元谐振频率为12GHz，同相反射相对带宽为50%，同时将该宽带AMC超单元与另一双环型AMC超单元按照3×3棋盘形式间隔排列，每种AMC超单元均由3×3个基本AMC单元构成，最终实现了8~19.2GHz频段范围内7.5dB以上的RCS缩减。本发明专利技术涉及的人工磁导体结构和AMC‑AMC棋盘形电磁隐身表面具有鲁棒性好和极化不敏感等优势。

Broadband RCS reduced super surface based on slot loading

The invention discloses a wide-band RCS reduction super-surface based on slot loading, which comprises a dielectric substrate, a metal patch with a loading slot and a metal floor. A metal patch loaded with a plurality of pairs of cross-shaped slots is printed on the upper surface of the dielectric substrate, a metal floor is printed on the lower surface of the dielectric substrate, and an artificial magnetic conductor unit is designed. The resonant frequency is 12 GHz, and the relative bandwidth of the same phase reflection is 50%. At the same time, the broadband AMC supercell and the other double-ring AMC supercell are arranged at intervals of 3 *3 chessboard. Each AMC supercell consists of 3 *3 basic AMC units. Finally, the RCS reduction over 7.5 dB in the frequency range of 8-19.2 GHz is realized. The artificial magnetic conductor structure and the AMC_AMC chessboard electromagnetic stealth surface have the advantages of good robustness and polarization insensitivity.

【技术实现步骤摘要】
基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面
本专利技术涉及雷达隐身
，尤其涉及一种基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面。
技术介绍
随着探测技术和电磁隐身技术的飞速发展，隐身特性逐渐成为衡量飞行目标性能优劣的重要指标，缩减目标的雷达散射截面(RadarCrossSection,RCS)成为了现代战争中能够先发制人的关键因素。传统的隐身技术主要通过改变飞行目标外形和涂覆雷达吸波材料(RAM)实现RCS的缩减，如B-2轰炸机，除了通过其扁平的外形设计实现雷达探测隐身外，在机体表面还涂覆4层RAM，以实现RCS缩减最大化，类似方式实现雷达隐身的还有F-22猛禽战机。但由于快速飞行目标的空气动力学因素限制，通过外形设计实现RCS缩减会引起目标机动性急剧下降，同时多层涂覆RAM会增加目标重量和厚度，另外能适用多波段的高吸收率RAM比较昂贵，使得其在目标隐身应用中的代价很高。有关资料表明，B-2和F-22每飞行一次需更换RAM，每次更换需35小时，成本花费高昂。鉴于外形和RAM隐身存在的诸多缺陷，研究人员开始探索更为经济有效的方法手段来实现目标隐身。人工磁导体(AMC)是一种由特定形状的单元结构按周期性排列而成的新型人工电磁材料，因其具有理想磁导体特性被应用于降低天线剖面、抑制表面波以及提高天线辐射性能等多种领域。其对反射波的相位调控能力有望能解决上述隐身方案中存在的缺陷，同时作为超材料的二维平面情形，容易与飞机、导弹等一些高速飞行目标共形，在军事、航天、通信系统中具有广阔应用前景。由于超表面的优异特性和强大电磁调控能力，其在目标电磁隐身中的潜在应用被逐渐发掘出来，并取得阶段性进展。2007年，棋盘结构的人工磁导体(AMC)超表面首次被应用于RCS缩减领域，虽然由于AMC-PEC组合的满足相消要求的频段较窄限制了它的实际应用，但该方法极大激发了人们对基于棋盘形式的新型宽带、极化不敏感、大角度入射的研究热潮，期望有朝一日这一技术能够真正用到实际中去，成为代替传统RAM的新型隐身材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面，宽带RCS缩减超表面为二维有限尺寸结构，由第一AMC超单元、第二AMC超单元在平面内交错间隔阵列而成；所述第一AMC超单元、第二AMC超单元分别为由第一AMC单元、第二AMC单元按照3×3棋盘形式排列而成的正方形AMC超单元；所述第一AMC单元、第二AMC单元呈大小相同的正方形，均包含上层金属结构、中层介质基板和下层金属地板；所述第一AMC单元的上层金属结构包含第一正方形贴片和第一正方框贴片，其中，第一正方框贴片套在所述第一正方形贴片外，两者的中心均和第一AMC单元中层介质基板的中心重合；第一正方形贴片、第一正方框贴片的两条对角线对应重合，且第一正方形贴片、第一正方框贴片均沿其两条对角线设有开槽，形成十字形开槽；所述第一正方框四条边的中心均设有小十字形开槽，所述小十字形开槽的一条开槽和其对应的边平行、另一条开槽和其对应的边垂直；所述第二AMC单元的上层金属结构包含第二正方形贴片和第二正方框贴片，其中，第二正方框贴片套在所述第二正方形贴片外，两者的中心均和第二AMC单元中层介质基板的中心重合；第一正方形贴片、第一正方框贴片的两条对角线对应重合；所述第一AMC单元、第二AMC单元均为对称反射结构，且第一AMC单元、第二AMC单元的上层金属结构的旋转角度相同，第一AMC单元、第二AMC单元的介质基板的厚度H的范围为0.01λ-0.1λ，λ为自由空间波长。作为本专利技术基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面进一步的优化方案，所述第一AMC单元、第二AMC单元的介质基板的介电常数er的范围为1-6，电损耗正切tanσ的范围为0.0005-0.02。作为本专利技术基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面进一步的优化方案，所述第一AMC单元、第二AMC单元的介质板厚度h为2.4mm、相对介电常数er＝4.4；第一AMC单元、第二AMC单元的上层金属结构的厚度t＝0.035mm。作为本专利技术基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面进一步的优化方案，所述第一正方框贴片中边的长度La＝7mm、边的宽度Ws＝1.5mm、平行于边的开槽的长度Ls＝1mm；第一正方形贴片中边的长度Li＝3mm；第二正方框贴片中边的长度a＝5.6mm；第二正方形贴片中边的长度Lc＝2.27mm；第二正方框贴片、第二正方形贴片的边之间的间距Wa＝0.4mm，此时，第一AMC单元的谐振频点在12GHz；第二AMC单元为双频环型人工磁导体单元，谐振点分别为8.5GHz和17GHz。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.结构简单，使用高效；2.解决了现有的基于人工磁导体棋盘结构形式的RCS减缩频段窄的问题；3.具有极化不敏感、缩减效果好等优异性能。附图说明图1为AMC-AMC棋盘形式电磁减缩超表面；图2(a)、(b)、(c)分别为第一AMC单元的俯视图、第一AMC单元的侧视图、第二AMC单元的俯视图；图3为平面波垂直入射下的第一AMC单元等效电路图；图4(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别为不加载缝隙时单元结构图、仅在正方框贴片上加载缝隙结构图、无内正方形贴片时加载缝隙单元结构图、不在内部正方形贴片上加载缝隙单元结构图、内外均加载缝隙的新型单元结构图；图5为图4(a)、(b)、(c)、(d)、(e)对应的各单元反射相位随频率变化曲线的对比图；图6为不同缝隙宽度n对单元反射相位的影响；图7为AMC-PEC棋盘结构示意图；图8(a)、(b)分别为单元反射相位随频率变化曲线、单元反射相位差随频率变化曲线；图9(a)、(b)分别为9GHz下AMC-AMC电磁减缩超表面3DRCS散射图、9GHz下等尺寸金属板3DRCS散射图；图10(a)、(b)分别为12GHz下AMC-AMC电磁减缩超表面3DRCS散射图、12GHz下等尺寸金属板3DRCS散射图；图11为平面波垂直入射下AMC-AMC棋盘形式超表面RCS相对缩减量；图12为不同角度下平面波入射AMC-AMC超表面RCS相对缩减量。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。如图1所示，宽带RCS缩减超表面为二维有限尺寸结构，由第一AMC超单元、第二AMC超单元在平面内交错间隔阵列而成；所述第一AMC超单元、第二AMC超单元分别为由第一AMC单元、第二AMC单元按照3×3棋盘形式排列而成的正方形AMC超单元；所述第一AMC单元、第二AMC单元呈大小相同的正方形，均包含上层金属结构、中层介质基板和下层金属地板；所述第一AMC单元的上层金属结构包含第一正方形贴片和第一正方框贴片，其中，第一正方框贴片套在所述第一正方形贴片外，两者的中心均和第一AMC单元中层介质基板的中心重合；第一正方形贴片、第一正方框贴片的两条对角线对应重合，且第一正方形贴片、第一正方框本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面，其特征在于，宽带RCS缩减超表面为二维有限尺寸结构，由第一AMC超单元、第二AMC超单元在平面内交错间隔阵列而成；所述第一AMC超单元、第二AMC超单元分别为由第一AMC单元、第二AMC单元按照3×3棋盘形式排列而成的正方形AMC超单元；所述第一AMC单元、第二AMC单元呈大小相同的正方形，均包含上层金属结构、中层介质基板和下层金属地板；所述第一AMC单元的上层金属结构包含第一正方形贴片和第一正方框贴片，其中，第一正方框贴片套在所述第一正方形贴片外，两者的中心均和第一AMC单元中层介质基板的中心重合；第一正方形贴片、第一正方框贴片的两条对角线对应重合，且第一正方形贴片、第一正方框贴片均沿其两条对角线设有开槽，形成十字形开槽；所述第一正方框四条边的中心均设有小十字形开槽，所述小十字形开槽的一条开槽和其对应的边平行、另一条开槽和其对应的边垂直；所述第二AMC单元的上层金属结构包含第二正方形贴片和第二正方框贴片，其中，第二正方框贴片套在所述第二正方形贴片外，两者的中心均和第二AMC单元中层介质基板的中心重合；第一正方形贴片、第一正方框贴片的两条对角线对应重合；所述第一AMC单元、第二AMC单元均为对称反射结构，且第一AMC单元、第二AMC单元的上层金属结构的旋转角度相同，第一AMC单元、第二AMC单元的介质基板的厚度H的范围为0.01λ‑0.1λ，λ为自由空间波长。...

【技术特征摘要】
1.基于缝隙加载的宽带RCS缩减超表面，其特征在于，宽带RCS缩减超表面为二维有限尺寸结构，由第一AMC超单元、第二AMC超单元在平面内交错间隔阵列而成；所述第一AMC超单元、第二AMC超单元分别为由第一AMC单元、第二AMC单元按照3×3棋盘形式排列而成的正方形AMC超单元；所述第一AMC单元、第二AMC单元呈大小相同的正方形，均包含上层金属结构、中层介质基板和下层金属地板；所述第一AMC单元的上层金属结构包含第一正方形贴片和第一正方框贴片，其中，第一正方框贴片套在所述第一正方形贴片外，两者的中心均和第一AMC单元中层介质基板的中心重合；第一正方形贴片、第一正方框贴片的两条对角线对应重合，且第一正方形贴片、第一正方框贴片均沿其两条对角线设有开槽，形成十字形开槽；所述第一正方框四条边的中心均设有小十字形开槽，所述小十字形开槽的一条开槽和其对应的边平行、另一条开槽和其对应的边垂直；所述第二AMC单元的上层金属结构包含第二正方形贴片和第二正方框贴片，其中，第二正方框贴片套在所述第二正方形贴片外，两者的中心均和第二AMC单元中层介质基板的中心重合；第一正方形贴片、第一正方框贴片的两条对角线对应重合；所述第一AMC单元、第二AMC单元均为对称反射结构，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛越，陈嘉卿，陈晓锋，于步云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32