【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁场与微波以及电磁超表面，涉及一种变特性电磁超表面相位控制方法，尤其涉及采用一种无需rcs缩减即可实现目标主动电磁隐身的电磁超表面相位控制方法以及所依托的变特性主动隐身电磁蒙皮系统。
技术介绍
1、电磁表面隐身是当前隐身领域最前沿的技术之一，有效解决了传统隐身吸波涂层成本高和维护难的问题。美国国防部高级研究计划局(darpa)已启动相关研究项目，并将其成功应用于f-35战机和ddg1000大型驱逐舰等先进装备。现有电磁表面采用吸波、漫散射等方式缩减雷达散射截面(rcs)实现装备隐身，然而雷达通过多脉冲积累抵消rcs缩减的影响，大幅减弱了电磁表面的隐身效能。
2、而新兴的智能电磁表面因其具有灵活的散射调控特性，使得雷达脉冲失配，为解决上述难题提供了可靠途径。智能电磁表面是一种人工电磁表面结构，在精心设计的电磁表面单元结构的基础上，通过给单元上的开关输入相应的控制指令，动态调控电磁表面不同单元的电磁散射特性，以可编程的形式对空间电磁波的主动智能调控，进而实现电磁隐身。但是，现阶段的隐身电磁表面通常只考虑入射波为不带信息的平面波，并没有将实际应用中雷达发射电磁波中的信息考虑进来，如脉冲积累信息、脉冲信号类型。因此，如何搭建一套变特性主动隐身电磁蒙皮系统，完成对目标隐身，成为本领域中亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于如何基于变特性电磁超表面设计目标主动隐身的方法，并控制不同电磁表面单元上的开关电磁表面通过相位控制调控雷达回波的相位信
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的一方面，一种无需rcs缩减即可实现目标主动隐身的系统，即一种基于变特性电磁超表面的主动式目标隐身系统，基于幅相调控的智能电磁超表面结构实现对雷达探测电磁波的接收、调相和再散射破坏雷达回波脉冲的相参积累，包含散射幅度相位可调的电磁表面模块、控制模块和电源模块；
4、所述散射幅度相位可调的电磁表面模块是对电磁波进行调控的主体，由若干个周期排布的电磁表面单元组成，每个电磁表面单元包含介质基板、谐振结构、开关、金属反射地以及偏置电路；所述谐振结构，包含水平放置的金属贴片、金属柱以及金属条带；所述金属柱与金属反射地和金属贴片相连；所述金属贴片水平放置且作为电偶极辐射；所述金属柱通过过孔和金属反射地共同起到短接金属贴片的作用并作为磁偶极辐射；
5、所述控制模块用于控制电磁表面中开关的导通与断开，包括控制板、控制芯片、驱动电路、运算放大器和接口；所述控制芯片控制电磁表面单元中开关的导通与断开；
6、所述电源模块通过接口接入控制模块的控制板，由控制板给予电磁表面单元上开关不同的电源电压来调控可编程的超表面单元，实现有源动态编码，即：每个电磁表面单元通过集成偏置电压控制的开关，在外部不同偏置电压下实现“on”状态或“off”状态；
7、所述有源动态编码通过控制板动态控制电磁表面上开关的通断，将通和断分别表示为“1”和“0”，分别对应“on”状态和“off”状态。
8、所述偏置电路印刷在下介质基板的背面并使用扇形枝节隔离射频信号和直流信号；所述介质基板，包括上介质基板以及下介质基板；所述谐振结构设置在上介质基板表面；所述金属反射地设置在下介质基板表面；所述上介质基板以及下介质基板中间分别贴紧金属反射地。
9、所述金属条带，包括金属条带①和金属条带②；所述金属贴片，包括左侧金属贴片和右侧金属贴片；所述左侧金属贴片与金属条带①相连；所述右侧金属贴片与金属条带②相连。
10、所述金属条带②上引入金属柱与偏置电路相连，以提供偏置电压；所述条带②金属柱与谐振结构的金属柱相同且其一侧通过地面金属过孔连接至偏置电路，另一侧连接金属条带②。
11、所述金属条带②和金属条带①间集成有开关，所述开关用于调整电磁表面单元的电磁特性；所述控制芯片、驱动电路、运算放大器集成于控制板上且所述控制芯片分别与驱动电路及运算放大器电连接；运算放大器与电磁表面单元的偏置电路相连。
12、所述控制芯片控制电磁表面单元中开关的导通与断开，具体为：所述控制芯片根据散射方向将码表赋值到输出管脚，所述驱动电路根据输出管脚的数字逻辑，输出与码表内值对应的电压到运算放大器上，由运算放大器通过偏置电路加载到电磁表面单元，使得电磁表面单元上的开关呈现不同的通断状态，进而调控探测电磁波幅度与相位；所述接口与电源模块及数据传输模块相连。
13、本专利技术的另一方面，一种基于变特性电磁超表面的目标主动隐身方法，基于幅相调控的智能电磁超表面结构实现对雷达探测电磁波的接收、调相和再散射破坏雷达回波脉冲的相参积累，包括如下步骤：
14、s1：雷达发射探测电磁波照射覆盖有变特性电磁超表面模块的物体；
15、s2：所述电磁表面模块受控制模块控制，实现电磁波的调控，具体为：控制模块根据入射电磁波由控制芯片通过给电磁表面单元开关不同的电压切换开关状态；
16、s3：调控后的雷达回波经匹配接收机进行脉冲压缩、脉冲相参积累；由于回波脉冲不再具备确定的相位关系，雷达无法得到有效的脉冲积累信号，进而无法实现远距离高精度探测。
17、s1中电磁表面单元包含介质基板、谐振结构、开关、金属反射地及偏置电路；偏置电路使用扇形枝节隔离射频信号和直流信号。
18、s2所述电压切换开关状态通过将外部偏置电压输入集成开关的电磁表面单元，控制开关处于“on”状态或“off”状态实现；所述开关状态切换会引起电磁表面单元的相位变化，进而改变回波相位，得到调控后的雷达回波。
19、s2所述控制模块中控制芯片、驱动电路、运放集成于控制板上且所述控制芯片分别与驱动电路及运放电连接；运放与偏置电路相连；所述控制芯片控制电磁表面单元中开关的导通与断开，具体为：所述控制芯片根据散射方向将码表赋值到输出管脚，所述驱动电路根据输出管脚的数字逻辑，输出与码表内值对应的电压到运放上，由运放通过偏置电路加载到电磁表面单元，使得电磁表面单元上的开关呈现不同的通断状态，进而调控探测电磁波幅度与相位；所述接口与电源模块及数据传输模块相连；所述电源模块通过接口接入控制模块的控制板，由控制板给予电磁表面单元上开关不同的电源电压来调控可编程的超表面单元，实现有源动态编码；
20、所述有源动态编码通过控制板动态控制电磁表面上开关的通断，将通和断分别表示为“1”和“0”，分别对应“on”状态和“off”状态。
21、有益效果
22、本专利技术提出的一种基于变特性电磁超表面的主动式目标隐身方法和系统，与现有技术相比，具备如下有益效果：...
【技术保护点】
1.一种基于变特性电磁超表面的主动式目标隐身系统，基于幅相调控的智能电磁超表面结构实现对雷达探测电磁波的接收、调相和再散射破坏雷达回波脉冲的相参积累，其特征在于，包含散射幅度相位可调的电磁表面模块、控制模块和电源模块；
2.根据权利要求1所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，偏置电路印刷在下介质基板的背面并使用扇形枝节隔离射频信号和直流信号；所述介质基板，包括上介质基板以及下介质基板；所述谐振结构设置在上介质基板表面；所述金属反射地设置在下介质基板表面；所述上介质基板以及下介质基板中间分别贴紧金属反射地。
3.根据权利要求1所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，所述金属条带，包括金属条带①和金属条带②；所述金属贴片，包括左侧金属贴片和右侧金属贴片；所述左侧金属贴片与金属条带①相连；所述右侧金属贴片与金属条带②相连。
4.根据权利要求3所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，在金属条带②上引入金属柱与偏置电路相连，以提供偏置电压；所述条带②金属柱与谐振结构的金属柱相同且其一侧通过地面金属过孔连接至偏置电路，另一侧连接金属条带②。
5.根
6.根据权利要求5所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，所述控制芯片控制电磁表面单元中开关的导通与断开，具体为：所述控制芯片根据散射方向将码表赋值到输出管脚，所述驱动电路根据输出管脚的数字逻辑，输出与码表内值对应的电压到运算放大器上，由运算放大器通过偏置电路加载到电磁表面单元，使得电磁表面单元上的开关呈现不同的通断状态，进而调控探测电磁波幅度与相位；所述接口与电源模块及数据传输模块相连。
7.一种基于变特性电磁超表面的目标主动隐身方法，其特征在于，基于幅相调控的智能电磁超表面结构实现对雷达探测电磁波的接收、调相和再散射破坏雷达回波脉冲的相参积累，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的目标主动隐身方法，其特征在于，S1中电磁表面单元包含介质基板、谐振结构、开关、金属反射地及偏置电路；偏置电路使用扇形枝节隔离射频信号和直流信号。
9.根据权利要求8所述的目标主动隐身方法，其特征在于，S2所述电压切换开关状态通过将外部偏置电压输入集成开关的电磁表面单元，控制开关处于“ON”状态或“OFF”状态实现；所述开关状态切换会引起电磁表面单元的相位变化，进而改变回波相位，得到调控后的雷达回波。
10.根据权利要求9所述的目标主动隐身方法，其特征在于，S2所述控制模块中控制芯片、驱动电路、运放集成于控制板上且所述控制芯片分别与驱动电路及运放电连接；运放与偏置电路相连；所述控制芯片控制电磁表面单元中开关的导通与断开，具体为：所述控制芯片根据散射方向将码表赋值到输出管脚，所述驱动电路根据输出管脚的数字逻辑，输出与码表内值对应的电压到运放上，由运放通过偏置电路加载到电磁表面单元，使得电磁表面单元上的开关呈现不同的通断状态，进而调控探测电磁波幅度与相位；所述接口与电源模块及数据传输模块相连；所述电源模块通过接口接入控制模块的控制板，由控制板给予电磁表面单元上开关不同的电源电压来调控可编程的超表面单元，实现有源动态编码。
...【技术特征摘要】
1.一种基于变特性电磁超表面的主动式目标隐身系统，基于幅相调控的智能电磁超表面结构实现对雷达探测电磁波的接收、调相和再散射破坏雷达回波脉冲的相参积累，其特征在于，包含散射幅度相位可调的电磁表面模块、控制模块和电源模块；
2.根据权利要求1所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，偏置电路印刷在下介质基板的背面并使用扇形枝节隔离射频信号和直流信号；所述介质基板，包括上介质基板以及下介质基板；所述谐振结构设置在上介质基板表面；所述金属反射地设置在下介质基板表面；所述上介质基板以及下介质基板中间分别贴紧金属反射地。
3.根据权利要求1所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，所述金属条带，包括金属条带①和金属条带②；所述金属贴片，包括左侧金属贴片和右侧金属贴片；所述左侧金属贴片与金属条带①相连；所述右侧金属贴片与金属条带②相连。
4.根据权利要求3所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，在金属条带②上引入金属柱与偏置电路相连，以提供偏置电压；所述条带②金属柱与谐振结构的金属柱相同且其一侧通过地面金属过孔连接至偏置电路，另一侧连接金属条带②。
5.根据权利要求4所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，所述金属条带②和金属条带①间集成有开关，所述开关用于调整电磁表面单元的电磁特性；所述控制芯片、驱动电路、运算放大器集成于控制板上且所述控制芯片分别与驱动电路及运算放大器电连接；运算放大器与电磁表面单元的偏置电路相连。
6.根据权利要求5所述的主动式目标隐身系统，其特征在于，所述控制芯片控制电磁表面单元中开关的导通与断开，具体为：所述控制芯片根据散射方向将码表赋值到输出管脚，所述驱动电路根据输出管脚的数字逻辑，输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：金城，刘琦，迟百宏，王统，王昊辰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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