温度调控单向金属-介质复合隐身器件及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种温度调控单向金属‑介质复合隐身器件，包括隐身器件主体和温度控制系统，隐身器件主体包括第一电介质板、第二电介质板和金属十字阵列；其中，第一电介质板的介电常数高于第二电介质板的介电常数，第一电介质板与第二电介质板交替排列构成层状堆叠结构，层状堆叠结构为具有菱形柱状空间的菱形柱状体，第一电介质板的两侧面上分别附着金属十字阵列；温度控制系统用于控制隐身器主体所处的环境温度，以改变第一电介质板本身的介电常数，实现对隐身器件工作频率的调谐。本发明专利技术可以实现对不同频段的电磁波的隐身，适用范围大、控制方便且结构稳定性高。本发明专利技术还公开了一种温度调控单向金属‑介质复合隐身器件的制作方法。

【技术实现步骤摘要】
温度调控单向金属-介质复合隐身器件及制作方法
本专利技术涉及电磁波控制
，尤其是涉及一种温度调控单向金属-介质复合隐身器件及制作方法。
技术介绍
传统的隐身技术是利用吸波材料减少对雷达波的反射来实现隐身，但在面对地空雷达以及多基地雷达等更为先进的探测技术时，通常难以继续保持隐身效果。近年来逐渐兴起的基于变换光学的隐身技术为解决这一难题带来了希望。利用特定空间分布的各向异性电磁参数，变换光学隐身器件能够控制电磁波的传播路径，使电磁波在隐身介质中传播时绕过隐身区域，并且在出射时回到原来的入射方向，使得空间中的电磁场分布与该区域内没有物体时无异，从而实现真正意义上的完美隐身。然而，基于变换光学的隐身器件必须具有各向异性的复杂电磁参数，这需要借助于人工构造的电磁超材料来实现。现有的超材料利用电磁谐振来实现特定的等效电磁参数，具有严重的色散特性，导致隐身器件工作在固定的频段内，超材料不同方向上电磁谐振间的耦合使得对等效各向异性电磁参数的精准调控较为困难，需要消耗大量的时间和计算资源来对结构进行优化设计；此外超材料往往需要借助于支撑框架或基板来实现电磁谐振单元的周期性空间分布，这容易引起装配误差并且降低了结构稳定性，限制了隐身器件的应用范围。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种温度调控单向金属-介质复合隐身器件，可以实现对不同频段的电磁波的隐身，适用范围大、控制方便、结构简单合理、装配方便且结构稳定性高。根据本专利技术第一方面实施例的温度调控单向金属-介质复合隐身器件，包括：隐身器件主体，所述隐身器件主体包括第一电介质板、第二电介质板和金属十字阵列；其中，所述第一电介质板的介电常数高于所述第二电介质板的介电常数，所述第一电介质板与所述第二电介质板交替排列构成层状堆叠结构，所述层状堆叠结构为具有菱形柱状空间的菱形柱状体，所述层状堆叠结构的外轮廓在垂直堆叠方向的投影面上的投影为外菱形，所述菱形柱状空间的轮廓在垂直堆叠方向的投影面上的投影为内菱形，所述外菱形的中心与所述内菱形的中心重合，所述外菱形的一对相对的两个顶点与所述内菱形的一对相对的两个顶点重合；所述第一电介质板的两侧面上分别附着所述金属十字阵列；温度控制系统，所述温度控制系统用于控制所述隐身器主体所处的环境温度，以改变所述第一电介质板本身的介电常数，使所述隐身器件主体的频率特性曲线发生移动，实现对所述隐身器件工作频率的调谐。根据本专利技术第一方面实施例的温度调控单向金属-介质复合隐身器件，由于金属十字在交变电磁场中会产生磁谐振的特性，第一电介质板与第二电介质板交替排列构成层状堆叠结构，第一电介质板的两侧面上分别附着金属十字阵列，这样，当隐身器件主体位于电磁波照射下，金属十字会在交变电磁场中产生磁谐振，能够实现沿金属十字两条金属臂方向的等效各向异性磁导率，并且第一电介质板与第二电介质板的层状堆叠结构能够实现沿垂直堆叠方向上的等效介电常数，隐身器件可以满足变换光学理论所要求的各向异性电磁参数分布，控制电磁波传播路径与相位，从而实现对菱形柱状空间内部障碍物对平面内单方向入射的电磁波隐身；通过温度控制系统控制隐身器件主体温度，以改变第一电介质板本身的介电常数，从而改变金属十字的谐振特性，使得金属十字的等效磁导率色散曲线发生移动，这样，可以使隐身器件的频率特性曲线发生移动，实现对隐身器件工作频率的调谐，从而实现对不同频段的电磁波的隐身。综上，本专利技术第一方面实施例的温度调控单向金属-介质复合隐身器件可以实现对不同频段的电磁波的隐身，适用范围大、控制方便、结构简单合理、装配方便且结构稳定性高。根据本专利技术第一方面的一个实施例，所述第一电介质板的介电常数随温度的变化而变化，并且所述第一电介质的介电常数的数值大于50。根据本专利技术第一方面进一步的实施例，所述第二电介质板的介电常数范围为0.8～2.0。根据本专利技术第一方面的一个实施例，所述隐身器件主体以x’y’z’坐标系为参考时，所述外菱形的一对相对的两个顶点处于x’轴方向上，所述外菱形的另一对相对的两个顶点处于y’轴方向上，所述层状堆叠结构的中心线处在z’轴方向上；所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第二象限的部分与所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第一象限的部分以y轴对称，所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第三象限的部分及所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第四象限的部分与所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第二象限的部分及所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第一象限的部分以x轴对称；所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第一象限的部分中的所述金属十字阵列在xyz坐标系中具体为：所述xyz坐标系中的z轴方向与所述x’y’z’坐标系的所述z’轴方向重合，所述xyz坐标系中的x轴方向与所述x’y’z’坐标系的x’轴方向具有夹角θ，所述金属十字阵列中的多个所述金属十字沿x轴方向和y轴方向间隔开排列，且所述金属十字阵列中的所述金属十字的两条金属臂分别平行于x轴方向和y轴方向。根据本专利技术第一方面进一步的实施例，所述夹角θ满足如下公式：其中，β为所述隐身器件主体外部边界与x’轴的夹角；α为所述隐身器件主体内部边界与x’轴的夹角。根据本专利技术第一方面进一步的实施例，所述金属十字阵列中的所述金属十字沿x轴和y轴方向的两条金属臂长度不同，所述金属十字阵列沿x轴方向和y轴方向的分布周期不同。根据本专利技术第一方面再进一步的实施例，位于所述x’y’z’坐标系的第一象限中的所述金属十字阵列中的所述金属十字沿所述xyz坐标系的x轴和y轴方向的周期长度均小于所述隐身器件工作频率对应的电磁波波长的1/5。根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述温度控制系统包括加热/冷却板，所述加热冷/却板设置在所述隐身器件主体的一端端部处。根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述温度控制系统为热对流或热辐射的温度调控装置。本专利技术第二方面还提出了一种温度调控单向金属-介质复合隐身器件的制作方法。根据本专利技术第二方面实施例的温度调控单向金属-介质复合隐身器件的制作方法，所述温度调控单向金属-介质复合隐身器件为上述任意一个第一方面实施例中所述的温度调控单向金属-介质复合隐身器件，所述制作方法包括如下步骤：采用机加工的方式加工出所需几何尺寸的所述第一电介质板和所述第二电介质板；在所述第一电介质板两侧面上加工出所述金属十字阵列；将附着有所述金属十字阵列的所述第一电介质板和所述第二电介质板交替排列构成层状堆叠结构，得到所述隐身器件主体；将所述隐身器件主体置于所述温度控制系统中。根据本专利技术第二方面实施例的温度调控单向金属-介质复合隐身器件的制作方法，选用高介电常数的电介质板，通过机加工的方式加工出所需几何尺寸的第一电介质板，选用低介电常数的电介质板，通过机加工的方式加工出所需几何尺寸的第二电介质板；通过印刷电路板、微加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度调控单向金属-介质复合隐身器件，其特征在于，包括：/n隐身器件主体，所述隐身器件主体包括第一电介质板、第二电介质板和金属十字阵列；其中，所述第一电介质板的介电常数高于所述第二电介质板的介电常数，所述第一电介质板与所述第二电介质板交替排列构成层状堆叠结构，所述层状堆叠结构为具有菱形柱状空间的菱形柱状体，所述层状堆叠结构的外轮廓在垂直堆叠方向的投影面上的投影为外菱形，所述菱形柱状空间的轮廓在垂直堆叠方向的投影面上的投影为内菱形，所述外菱形的中心与所述内菱形的中心重合，所述外菱形的一对相对的两个顶点与所述内菱形的一对相对的两个顶点重合；所述第一电介质板的两侧面上分别附着所述金属十字阵列；/n温度控制系统，所述温度控制系统用于控制所述隐身器主体所处的环境温度，以改变所述第一电介质板本身的介电常数，使所述隐身器件主体的频率特性曲线发生移动，实现对所述隐身器件工作频率的调谐。/n

【技术特征摘要】
1.一种温度调控单向金属-介质复合隐身器件，其特征在于，包括：
隐身器件主体，所述隐身器件主体包括第一电介质板、第二电介质板和金属十字阵列；其中，所述第一电介质板的介电常数高于所述第二电介质板的介电常数，所述第一电介质板与所述第二电介质板交替排列构成层状堆叠结构，所述层状堆叠结构为具有菱形柱状空间的菱形柱状体，所述层状堆叠结构的外轮廓在垂直堆叠方向的投影面上的投影为外菱形，所述菱形柱状空间的轮廓在垂直堆叠方向的投影面上的投影为内菱形，所述外菱形的中心与所述内菱形的中心重合，所述外菱形的一对相对的两个顶点与所述内菱形的一对相对的两个顶点重合；所述第一电介质板的两侧面上分别附着所述金属十字阵列；
温度控制系统，所述温度控制系统用于控制所述隐身器主体所处的环境温度，以改变所述第一电介质板本身的介电常数，使所述隐身器件主体的频率特性曲线发生移动，实现对所述隐身器件工作频率的调谐。


2.根据权利要求1所述的温度调控单向金属-介质复合隐身器件，其特征在于，所述第一电介质板的介电常数随温度的变化而变化，并且所述第一电介质的介电常数的数值大于50。


3.根据权利要求2所述的温度调控单向金属-介质复合隐身器件，其特征在于，所述第二电介质板的介电常数范围为0.8～2.0。


4.根据权利要求1所述的温度调控单向金属-介质复合隐身器件，其特征在于，所述隐身器件主体以x’y’z’坐标系为参考时，所述外菱形的一对相对的两个顶点处于x’轴方向上，所述外菱形的另一对相对的两个顶点处于y’轴方向上，所述层状堆叠结构的中心线处在z’轴方向上；所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第二象限的部分与所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第一象限的部分以y轴对称，所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第三象限的部分及所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第四象限的部分与所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第二象限的部分及所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第一象限的部分以x轴对称；所述隐身器件主体在位于所述x’y’z’坐标系的第一象限的部分中的所述金属十字阵列在xyz坐标系中具体为：所述xyz...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵乾，彭瑞光，孟永钢，周济，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11