[发明专利]一种2D相位梯度的超表面复合结构

说明书

该发明公开了一种2D相位梯度的超表面复合结构，属于微波技术电磁散射控制领域。该结构包括：金属底板、位于金属底板上的中间介质层、位于介质层上周期分布的金属贴片层；所属金属贴片层包括阵列分布的周期单元；所属周期单元为2×2的网格结构，其特征在于每个网格内阵列分布有金属贴片，每个网格内的金属贴片尺寸沿阵列的横向或纵向渐变，所属周期单元中相邻网格内的金属贴片尺寸渐变方向相反。本发明主瓣峰的偏移重置了镜向的散射场能量到其它方向，甚至能够将入射平面波直接转化为表面波在超结构面内传输，能够更加智能的控制电磁波方向，从而使得镜向散射及边缘散射得到较好控制，且施工工艺简单可靠，容易实现。

技术领域

本发明属于微波技术电磁散射控制领域，涉及一种在特定频带内可智能控制电磁波传播方向的2D相位梯度超表面复合结构及其构建方法。

背景技术

隐身技术是提升武器装备突防能力和生存能力最关键的技术，随着雷达探测技术的不断发展，控制目标体雷达散射特征、推动新型隐身技术深层发展尤为重要。雷达散射截面(RCS)作为衡量目标体隐身性能好坏的重要物理量，决定了敌方的探测设备能够探测和跟踪我方目标的距离大小。换言之，即RCS越小，说明目标体的隐身性能越好，越难被敌方雷达接收机探测到；反之，RCS越大，则目标体隐身性能越差。常用雷达隐身技术包括整形技术、雷达吸波材料(RAM)、有源对消和无源对消。

随着隐身技术的快速发展，迫切需要发展能降低目标体RCS的材料和方法。吸波方法如Salisbury Screen,Dallenbach absorber,Circuit Analog absorbers,Frequencyselective surfaces(FSS),Jaumann absorbers,以及Graded absorbers等；近年来随着超材料或超表面技术的发展，出现了另一个RCS减缩的重要方法即重置散射场能量[1-2]，如M.Paquay和J.C.Iriarte在2007年设计的由PEC和AMC组合成的传统型棋盘格结构，其中涉及的散射场能量干涉相消原理就是一种重置或者分散散射场能量的有效手段。此外，超表面因其独特的亚波长厚度的金属阵列结构可以实现对反射波或者透射波的幅度和相位的调节，在电磁波传播控制、电磁波极化调制等方面具有重要的应用前景；其中的相位梯度超表面(PGMs)是一种由具有不同相位但有特定相位差分布规律的一系列不同尺寸或者不同形状的结构单元在面内方向形成的各向异性超表面，通过其深亚波长厚度的结构可以更加自由地控制反射波或者透射波束的传播方向，使其不再遵循传统的反射/透射定律(Snell’s Law，Fresnel equations)。比如说：复旦大学的周磊教授及其课题小组设计的H形结构实现了能将入射电磁波转化为表面波的反射型相位梯度超表面；哈佛大学的于南方等人设计的V形结构成功构建了在光波段能实现异常折射的相位梯度超表面。

发明内容

本发明目的是提供一种新型2D相位梯度超表面复合结构，类似将传统的棋盘格结构中的AMC单元用相位梯度超表面结构单元来代替，实现散射场能量再分布，将电磁散射主瓣能量移出背散射方向，从而实现对目标体单站RCS的有效减缩。

本发明的技术方案是一种2D相位梯度的超表面复合结构，该结构包括：金属底板、位于金属底板上的中间介质层、位于介质层上周期分布的金属贴片层；所属金属贴片层包括阵列分布的周期单元；所属周期单元为2×2的网格结构，其特征在于每个网格内阵列分布有金属贴片，每个网格内的金属贴片尺寸沿阵列的横向或纵向渐变，所属周期单元中相邻网格内的金属贴片尺寸渐变方向相反。

进一步的，所述周期单元中相邻网格内的金属贴片尺寸递减方法为：

步骤1：表面金属贴片尺寸都相同的情况下，在规定的频段内获取带有不同尺寸金属贴片的超表面结构对电磁波反射的相位与频率关系曲线；

步骤2：根据实际情况选取特定的中心频率，根据步骤1获得结果，抽取该中心频率下相位与金属贴片尺寸关系曲线；

步骤3：根据实际情况选择相位范围和相位梯度，获得一系列带梯度的相位点；