【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁隐身，具体而言，尤其涉及一种基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法。
技术介绍
1、超材料推动了光学发展。pendry提出“变换光学”，设计电磁隐身衣。leonhardt利用费马定理改变介质折射系数，提出“共形映射”，实现物体隐身，引起电磁隐身研发。smith提出微波频段二维超材料隐身罩，评为十大科学进展之一。ruan提出柱面波展开法解决隐身衣边界问题。ma实现在线可控有源隐身衣，利用电阻网络模拟导电介质。超材料在电磁屏蔽中广泛应用。da yi提出基于超材料曲面的屏蔽隔膜结构，实现高效电磁屏蔽。超材料在吸波隐身技术中发挥重要作用。engheta通过周期性排列的超材料实现电磁能量吸收。landy提出“三明治”结构单点吸波体，实现可调谐频点。随着超材料领域的日益发展，传统的金属基超材料在应用过程中易腐蚀、欧姆损耗大、工作频带窄、成本高等问题逐渐凸显出来，使得金属基超材料在适应工作环境的能力上有缺陷。为了解决这些问题，研究者们逐渐把超材料的实现对象转为具有优越电磁特性的介质材料。水作为生活的必需品，地球上最丰富的资源之一，具有良好的生态兼容性，光学透明，容易赋形，经济成本低等优点，在科研方面也得到了人们的广泛专注。与其他介质超材料相比，水具有强色散性、流动性和高介电常数，是实现全介质超材料设计的理想原料。同时3d打印技术也为水基超材料的实现奠定了基础，通过打印不同结构的容器，完成对水的赋形，从而实现目标电磁特性。
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，而提供一
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，具体步骤包括：
4、s1、利用周期性结构设计梯度电磁超表面，研究异常反射角度与周期结构的周期尺寸之间的关系；
5、s2、根据s1中的得出的结论，结合广义斯涅耳定律，设计相位梯度单元结构；
6、s3、对s2中设计出的相位梯度单元结构进行仿真分析，利用最小周期结构进行异常反射表面阵列排布；
7、s4、利用3d打印技术打印出相位梯度超表面容器结构，验证设计结构的可行性。
8、进一步地，所述步骤s1具体包括：
9、当非均匀的超表面被电磁波照射时，表面会产生感应电流，并在特定频率上产生电磁谐振，不同结构单元之间会发生相位突变；利用周期性结构设计梯度电磁超表面，当周期结构中单胞的反射相位沿x轴方向梯度变化为常数时，反射波为平面波；当入射角度为θi时，异常反射角度θr的关系式为：
10、θr＝sin-1(sinθi+λ0/l)
11、其中，l为整体相位梯度表面的周期尺寸，λ0为入射波的波长；
12、当电磁波垂直入射时，即θi＝0°时异常反射角度为：
13、θr＝sin-1(λ0/l)
14、入射角度有临界值，将临界入射角度表示为：
15、θic＝sin-1(sin90°+λ0/l)
16、当θi＞θic时，反射光束限制在超表面上，无法辐射到自由空间，当入射电磁波频率一定时，异常反射角度与周期结构的周期尺寸相关。
17、进一步地，所述步骤s2具体包括：
18、s21、结合广义斯涅耳定律，相位梯度表面是由多个相位差相等的谐振单元排列构成，假设相邻排列的谐振单元之间的相位差为由s个谐振单元构成整个最小梯度的表面周期为t，则相位梯度δφ可以表示为：
19、
20、设计的相位梯度单元结构由三层结构组成，其中上层是中心对称十字型的水基结构和泡沫容器，中间层为pla材料的基板，基板背面放置金属铜板，用于实现电磁波的全反射；
21、s22、以构成十字水基结构的两个长方体块的长宽高为设计变量，实现对同一入射波反射相位的改变，通过参数扫描的方法，得到满足相位梯度表面单胞设计条件的结构，按照归一化后的相位大小分别编码，并对满足相位梯度表面单胞设计条件的结构的反射特性进行仿真分析；
22、将满足条件的结构在y轴方向上按照均匀相位差进行排列，在x方向上每一列的单元结构相同，组成最小周期结构，并利用最小周期结构进行异常反射表面阵列排布。
23、进一步地，所述步骤s3具体包括：
24、将电磁波垂直入射到阵列表面时，假设电场方向沿y轴正方向，对s3中的阵列结构进行仿真分析，观察反射波束状态；对设计结构进行电场分布分析，观察是否实现了异常反射现象。
25、进一步地，所述步骤s4具体包括：
26、利用3d打印技术打印出相位梯度超表面容器结构，并对相应位置注入相应高度的水。
27、进一步地，一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法。
28、进一步地，一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器通过所述计算机程序运行执行所述基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法。
29、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
30、本专利技术提供的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，本章结合广义斯涅耳定律，通过改变水基结构的几何形状，在具有强反射幅值的频率范围内，设计相位覆盖从0到2π的梯度电磁超表面，可以实现异常反射的电磁特性。进一步利用拓扑优化的设计思想，提出了一种宽角度反射方向可控的水基阵列结构设计方法，通过控制水基阵列中，单胞结构有无充水情况，调节反射角度，实现针对不同方向的入射波都能通过模仿地平面的反射行为来伪装物体。
31、基于上述理由本专利技术可在电磁隐身
广泛推广。
【技术保护点】
1.一种基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述权利要求1至5中任一项权利要求所述的方法。
7.一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器通过所述计算机程序运行执行所述权利要求1至5中任一项权利要求所述的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于梯度相位的特异反射水基超表面阵列设计方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：史鹏飞，项文祺，李晓东，赵宏革，朱彦鹏，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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