一种共形超薄宽带低可探测电磁超表面制造技术

本发明专利技术公开了一种共形超薄宽带低可探测电磁超表面，所述超表面为由自下而上依次设置的金属基底层、第一电介质层、频率选择层、第二电介质层、极化转换层构成的联合超表面，其电磁散射特性由极化转换模块、宽带频率选择模块以及极化转换模块、宽带频率选择模块内基本单元的结构和排列方式决定。本发明专利技术的共形超薄宽带低可探测电磁超表面具有宽带低可探测的特性，对原材料的独特性要求低，可用材料局限性较小，适用于各种极端的复杂场景；子模块结构图案简单，仅包括一种联合超表面结构，且排列方式不做严格设置，有效减少了加工成本，有助于实际的工程应用。于实际的工程应用。于实际的工程应用。

【技术实现步骤摘要】
一种共形超薄宽带低可探测电磁超表面


[0001]本专利技术属于人工电磁隐身材料领域，涉及一种电磁超表面，具体涉及一种共形超薄宽带低可探测电磁超表面。

技术介绍

[0002]传统低可探测材料的性能已无法满足武器持续生存的需求，发展新型人工的低可探测电磁超表面已成为未来的主导形势。目前已有多种方法可以实现电磁超表面的低可探测，大多局限于平面结构的电磁超表面和特定波段的低可探测性能指标，而可共形于三维立体目标且满足宽带低可探测的电磁超表面研究相对匮乏。
[0003]雷达探测作为主流探测手段，通过获取目标的回波来检测识别目标，是迄今为止较为有效的远程电子探测方式。因此各国都将缩减武器装备目标的电磁可探测度作为最主要的性能指标之一。通过改变目标的电磁特征、三维形状和材质等可以大大降低目标的可探测度，这也正是目前各国科研人员研究的重点。传统的电磁低可探测材料的实现技术主要为吸波材料技术、低散射外形技术等物理手段。通过选用特定的特殊材质和结构的组合、制备以达到预期的电磁低散射特性和较低的纵向延伸高度，进而实现雷达目标低可探测的目的。然而，此设计规则下的材料也存在严重缺陷。所设计的低可探测材料大多质量重、厚度厚、电磁参数色散变化，无法达到整个雷达宽带频段的低可探测预期，实际生产过程和维护也面临巨大的压力。因此，传统低可探测技术无法满足各领域对高性能低可探测材料的预期要求，如何实现宽带、超薄、可共形、可探测度低、加工和维护成本适中的材料设计成为各领域关注的焦点。
[0004]为了满足更高性能的应用需求，近年来，研究学者们探索出了新兴的人工电磁结构——亚波长结构，可用于实现目标的低可探测。基于亚波长结构的人工材料称为超材料，可以实现天然材料与传统复合材料难以实现甚至无法实现的新奇功能。超表面是一种极薄的超材料，可看作新型的二维超材料，是周期或非周期结构的微观组合，具有厚度薄、体积小的优点，通过改变外在图案、尺寸等参数以实现灵活调控电磁波的目的。实现低可探测的超表面可归结为极化转换超表面（PCM）、频率选择表面（FSS）、编码超表面等。PCM是一种典型的通过旋转光束方向来耗散电磁波的结构。FSS通过电磁共振与光束相互作用，使特定频率处的可探测度降低。然而，目前的低可探测超表面研究大多集中在平面结构上，对三维目标的可共形超表面考虑较少，这与降低立体目标的可探测度需求相矛盾。
[0005]基于以上叙述可见，如何设计适用于实际三维目标的超薄、共形、宽带、偏振不敏感的低可探测电磁超表面成为了当前超表面领域亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有低可探测超表面设计局限于平面结构的电磁超表面和特定波段，且用于三维立体目标实现宽带低可探测的电磁超表面匮乏的问题，本专利技术提供了一种共形超薄宽带低可探测电磁超表面。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种共形超薄宽带低可探测电磁超表面，为由自下而上依次设置的金属基底层、第一电介质层、频率选择层、第二电介质层、极化转换层构成的有限尺寸的联合超表面，其中：所述频率选择层由宽带频率选择模块构成，宽带频率选择模块按照周期序列排列于第一电介质层上方；所述宽带频率选择模块的表面设计有金属图案层和集总电路；所述金属图案层包括变形方形环，变形方形环为将方环进行向内凹陷延展，包括S1和S2两种形式，两种变形的方环结构呈现嵌套分布，S2形式被S1形式嵌套包围；所述S1形式中，每条边以中点为对称点，沿各边向内凹陷两个锯齿形凹槽；所述S2形式中，方环的四个顶点向内凹陷；所述集总电路为在变形方形环内嵌套电阻元件R，R可根据实际需求进行选取，常用经验值为50~150Ω；所述极化转换层由极化转换模块构成；所述极化转换模块由“0状态”和“1状态”两种互补子阵模块按照周期序列排列构成；所述“0状态”和“1状态”为极化转换模块初始状态与其旋转90
°
后的旋转状态，两者互为互补子阵模块；所述互补子阵模块为反射相位相差180
°
的极化转换模块的两种状态形式，每种状态由n2个极化转换子模块构成，n2个子模块以n
×
n的排列方式阵列化，且两种状态阵列间隔排列；所述n的选取需满足子模块能清晰体现散射相位特性，常用经验值为2~8；所述极化转换子模块的表面设计有金属图案层，金属图案层包括V字型金属贴片、方环型金属贴片和对称微带金属贴片；所述V字型金属贴片包括V1~V4四种形式，四种形式沿极化转换子模块对角线呈中心对称分布，且均为孔洞结构；所述V1形式中，单侧孔洞结构与极化转换子模块对角线的夹角为θ1；所述V2形式中，单侧孔洞结构与极化转换子模块对角线的夹角为θ2；所述θ1和θ2的选取需满足与对称微带金属贴片无重叠且需清晰体现出极化转换的相位旋转特性，常用经验值为15
°
~30
°
；所述V3形式为V2形式关于极化转换模块中心点的中心对称结构，其单侧孔洞结构与极化转换子模块对角线的夹角为θ3，θ3=θ2；所述V4形式为V1形式关于极化转换模块中心点的中心对称结构，其单侧孔洞结构与极化转换子模块对角线的夹角为θ4，θ4=θ1；所述方形环金属贴片搭载在极化转换子模块的中心，其对角线与极化转换子模块对角线在一条直线上；所述方形环金属贴片为三种方形环结构的嵌套，方形环的环宽为w1，环与环之间的间隔为w2；所述w1和w2的选取需清晰体现出方形环的谐振特性以及满足结构尺寸要求，常用
经验值为0.1~0.5 mm；所述对称微带金属贴片为沿极化转换子模块对角线的两条微带线，两条微带线中间被方形环金属贴片截断；所述金属图案层选用ITO透明柔性金属材料，厚度为h
m
；所述h
m
的选取需结合三维目标的立体形式以及设计指标，保证数值尽可能小，以保障金属材料的弯曲应力，常用经验值为0.01~0.03 mm；所述第一电介质层和第二电介质层选取柔性介质材料PET，厚度为h
s
；所述h
s
的选取需满足共形超薄的设计指标，保证数值尽可能小，以满足弯曲共形时材料属性不发生变化，常用经验值为1~5 mm；所述联合超表面的二维尺寸为p
×
p，p的取值应满足微型的指标需求，常用经验值为4~8 mm；所述联合超表面的电磁散射特性由极化转换模块、宽带频率选择模块以及极化转换模块、宽带频率选择模块内基本单元的结构和排列方式决定。
[0008]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术设计的联合超表面整体较薄，结构弯曲承受的应力小，适用于有共形需求的结构；2、本专利技术的共形超薄宽带低可探测电磁超表面具有宽带低可探测的特性，金属和材质均选取透明柔性结构，在低可探测的基础上可进一步引入光学隐身表面涂层，实现多波段的低可探测；3、本专利技术的共形超薄宽带低可探测电磁超表面采用人工电磁结构，与传统的吸波隐身相比，有效抑制了吸波材料能量吸收后形成的严重热效应；4、本专利技术的共形超薄宽带低可探测电磁超表面对原材料的独特性要求低，可用材料局限性较小，适用于各种极端的复杂场景；子模块结构图案简单，仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共形超薄宽带低可探测电磁超表面，其特征在于所述超表面为由自下而上依次设置的金属基底层、第一电介质层、频率选择层、第二电介质层、极化转换层构成的联合超表面，其中：所述频率选择层由宽带频率选择模块构成，宽带频率选择模块按照周期序列排列于第一电介质层上方；所述宽带频率选择模块的表面设计有金属图案层和集总电路；所述金属图案层包括变形方形环，变形方形环为将方环进行向内凹陷延展，包括S1和S2两种形式，两种变形的方环结构呈现嵌套分布，S2形式被S1形式嵌套包围；所述S1形式中，每条边以中点为对称点，沿各边向内凹陷两个锯齿形凹槽；所述S2形式中，方环的四个顶点向内凹陷；所述集总电路为在变形方形环内嵌套电阻元件R；所述极化转换层由极化转换模块构成；所述极化转换模块由“0状态”和“1状态”两种互补子阵模块按照周期序列排列构成；所述“0状态”和“1状态”为极化转换模块初始状态与其旋转90
°
后的旋转状态，两者互为互补子阵模块；所述互补子阵模块为反射相位相差180
°
的极化转换模块的两种状态形式，每种状态由n2个极化转换子模块构成，n2个子模块以n
×
n的排列方式阵列化，且两种状态阵列间隔排列；所述极化转换子模块的表面设计有金属图案层，金属图案层包括V字型金属贴片、方环型金属贴片...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腊梅，缪吴霞，邹斌，刘硕，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：