一种基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统。该伪装系统包括：可铺设在高阶曲面上的柔性电调超表面，超表面中的每列单元组成子阵，每列子阵由同一信号控制；可智能调控超表面的FPGA控制模块，控制模块具有多个I/O口，独立调控超表面每列子阵。本发明专利技术通过引入PIN二极管作为电阻可调器件，使得发明专利技术的柔性电调超表面对双频段入射电磁波具有高精度、大幅度的动态调控范围，且调控方式简单；本发明专利技术通过对FPGA输出的电流信号做时空编码，使得发明专利技术的伪装系统可以模拟目标的微动特征，实现对目标电磁散射特性的智能伪装；本发明专利技术相较于传统设计具有低功耗、重量轻、易加工的特点。易加工的特点。易加工的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统


[0001]本专利技术涉及电磁功能材料领域，特别是一种基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统。

技术介绍

[0002]目标的电磁散射特性是目标的电磁波散射、反射、绕射信号的综合体现，反映了目标的几何外形、材料组分、运动情况等特征，是微波领域，特别是S/C/X/Ka等波段雷达进行探测、追踪、电磁识别的重要依据。利用电磁隐身技术能够在一定程度上提高平台的抵御能力，提升作战生存能力，但是传统的电磁隐身技术存在雷达散射截面积(RCS)缩减的极限，仅具有单一的电磁特征，已不能满足现代装备需求，而电磁特征主动调控技术通过主动调控电磁波的传播，实现作战平台目标电磁特征智能伪装，能进一步提升目标的生存能力，对现代军事具有巨大的战术价值和战略威慑作用。研究可共形到目标表面上的多频段主动电可调超表面，进而实现对目标电磁散射特性的智能伪装，具有重要的意义。
[0003]专利CN110544832A公开了一种双频点电磁特征主动电可调的动态伪装超表面，实现了对RCS幅度的调控，但是该设计调控精度较低，且该设计是刚性材料，不能共形到曲面目标上，限制了其实际应用范围。罗歆瑶等(X.Y.Luo et al."Active Cylindrical Metasurface With Spatial Reconfigurability for Tunable Backward Scattering Reduction,"IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.69,no.6,pp.33323340,June2021,doi:10.1109/TAP.2020.3037728)提出了一种频率实时可调的共形低散射超表面，共形在圆柱上实现10dB的RCS缩减，但是该设计只实现对频率的通断选择功能，不能实现高精度的RCS变化，存在一定的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种能够共形到目标上的基于柔性电调超表面的双频段目标散射特性智能伪装系统，从而提高目标的探测对抗和作战生存能力。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：本专利技术一种基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统，该系统包括柔性电调超表面、FPGA控制模块，其中：
[0006]所述柔性电调超表面，包括多个基本单元按列设置组成子阵，每列基本单元组成的子阵由同一信号控制；每个基本单元引入PIN二极管作为电阻可调器件，在PIN二极管上产生正向偏置电流，使得柔性电调超表面对双频段入射电磁波进行动态调控；
[0007]所述FPGA控制模块，用于智能调控柔性电调超表面，FPGA控制模块具有多个I/O口，每一个I/O口独立调控超表面每列子阵；对FPGA控制模块输出的电流信号做时空编码，使系统模拟目标的微动特征，实现对目标电磁散射特性的伪装。
[0008]进一步地，柔性电调超表面中的每个基本单元，从上到下依次为第一层、第二层、第三层，其中：
[0009]第一层为柔性电路板，所述柔性电路板包括金属电路层和绝缘薄膜，金属电路层
包括两个梯形金属片，该两个梯形金属片平行设置且镜像对称，在这两个梯形金属片之间设置一个与梯形金属片平行的窄金属条，一个梯形金属片和窄金属条的一侧由电容贴片串接、另一个梯形金属片和窄金属条的另一侧由PIN二极管串接构成金属电路层，所述的金属电路层印刷在绝缘薄膜上构成柔性电路板；
[0010]第二层为柔性介质支撑板；
[0011]第三层为金属层；
[0012]所述的基本单元之间沿梯形长边纵向连接输入偏置电流，由窄金属条纵向连接接地，从而按列在PIN二极管上产生正向偏置电流，保证PIN二极管呈现阻抗状态；多个基本单元彼此连接，构成柔性电调超表面。
[0013]进一步地，所述柔性电调超表面包括柔性电路板、柔性支撑板和金属底板；所述金属底板上设置柔性支撑板，柔性支撑板用于将柔性电路板和金属底板绝缘并隔开，同时支撑柔性电路板；
[0014]所述柔性电路板和柔性支撑板均具有可挠性，并且将整个柔性电调超表面离散成多个碎片，使柔性电调超表面能够铺设在高阶曲面上；所述柔性电调超表面能够在两个频段内对入射电磁波进行调控，具有双频段工作特性；所述柔性电调超表面每列基本单元组成一个子阵，通过调控每一列子阵输入电流的大小，在PIN二极管上产生不同的偏置电流，PIN二极管工作在不同的电阻状态，使柔性电调超表面具有主动电可调特性。
[0015]进一步地，FPGA控制模块包括信号调控模块和电流输出模块，其中：
[0016]所述信号调控模块具有96路I/O接口，每一路I/O接口独立输出12位二进制信号，同时实现对信号的时间空间编码；
[0017]所述电流输出模块接在信号调控板上，将12位二进制信号转化为高精度电流输出，通过偏置网络控制柔性电调超表面的吸收状态。
[0018]进一步地，系统模拟目标的微动特征，实现对目标电磁散射特性的智能伪装，具体为：
[0019]计算飞行器在基础条件下两个频段的目标特性数据，分析电磁散射特性对应在FPGA板的信号输出逻辑时序，实现伪装系统对该飞行器的电磁散射特性模拟，进而实现探测对抗功能。
[0020]进一步地，两个频段是指C/X两个典型频段。
[0021]进一步地，每一个基本单元的长为8mm、宽为8mm。
[0022]进一步地，所述的柔性电路板采用FPC技术加工，绝缘薄膜为PI介质板，介电常数为3.5；所述柔性介质支撑板为PVC介质板，介电常数为3.0；所述偏置网络印制在柔性电调超表面的上层。
[0023]进一步地，所述的柔性电路板厚度为0.1mm，柔性介质支撑板厚度为4mm。
[0024]进一步地，所述FPGA控制模块的输出电流变化范围为0～250mA，精度为0.06mA；PIN二极管电阻变化范围为5～320Ω。
[0025]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)该伪装系统能够共形到曲面上，实现对高阶曲面目标的电磁伪装；(2)能够在C(4
‑
8GHz)、X(8
‑
12GHz)两个典型工作频段内实现目标RCS超过30dB，精度小于3dB的大幅度变化；(3)能够通过FPGA控制模块输出的逻辑时序，实现对目标电磁散射特性的拟合，提高目标探测对抗和作战生存能力；(4)具有易于加
工，成本低廉，调控简单的优点。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例中基于柔性电调超表面的双频段目标散射特性智能伪装系统整体示意图。
[0027]图2是本专利技术实施例中柔性电调超表面模块的单个离散阵面结构示意图。
[0028]图3是本专利技术实施例中柔性电调超表面模块的单元结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图，(c)为侧视图。
[0029]图4是本专利技术实施例中柔性电调超表面模块的单元反射系数随PIN二极管等效电阻的变化曲线图，其中(a)为工作在C频段的反射系数变化曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统，其特征在于，该系统包括柔性电调超表面、FPGA控制模块，其中：所述柔性电调超表面，包括多个基本单元按列设置组成子阵，每列基本单元组成的子阵由同一信号控制；每个基本单元引入PIN二极管作为电阻可调器件，在PIN二极管上产生正向偏置电流，使得柔性电调超表面对双频段入射电磁波进行动态调控；所述FPGA控制模块，用于智能调控柔性电调超表面，FPGA控制模块具有多个I/O口，每一个I/O口独立调控超表面每列子阵；对FPGA控制模块输出的电流信号做时空编码，使系统模拟目标的微动特征，实现对目标电磁散射特性的伪装。2.根据权利要求1所述的基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统，其特征在于，柔性电调超表面中的每个基本单元，从上到下依次为第一层、第二层、第三层，其中：第一层为柔性电路板，所述柔性电路板包括金属电路层和绝缘薄膜，金属电路层包括两个梯形金属片，该两个梯形金属片平行设置且镜像对称，在这两个梯形金属片之间设置一个与梯形金属片平行的窄金属条，一个梯形金属片和窄金属条的一侧由电容贴片串接、另一个梯形金属片和窄金属条的另一侧由PIN二极管串接构成金属电路层，所述的金属电路层印刷在绝缘薄膜上构成柔性电路板；第二层为柔性介质支撑板；第三层为金属层；所述的基本单元之间沿梯形长边纵向连接输入偏置电流，由窄金属条纵向连接接地，从而按列在PIN二极管上产生正向偏置电流，保证PIN二极管呈现阻抗状态；多个基本单元彼此连接，构成柔性电调超表面。3.根据权利要求2所述的基于柔性电调超表面的双频段散射特性智能伪装系统，其特征在于，所述柔性电调超表面包括柔性电路板、柔性支撑板和金属底板；所述金属底板上设置柔性支撑板，柔性支撑板用于将柔性电路板和金属底板绝缘并隔开，同时支撑柔性电路板；所述柔性电路板和柔性支撑板均具有可挠性，并且将整个柔性电调超表面离散成多个碎片，使柔性电调超表面能够铺设在高阶曲面上；所述柔性电调超表面能够在两个频段内对入射电磁波进行调控，具有双频段工作特性；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李猛猛，宁子豪，丁大志，韩居正，樊振宏，房欣宇，左雨翰，朱泳庚，赖梓扬，赖瑞鑫，陈明辉，曹仁猛，宋汶钊，史琪，洪宏展，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：