[发明专利]一种超薄超宽带随机编码RCS缩减超表面散射器

说明书

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料领域，具体涉及一种超薄超宽带随机编码RCS(雷达散射截面，Radar Cross Section)缩减超表面散射器。

背景技术

关于人工电磁材料最早的研究开始于20世纪60年代，苏联学者Veselago通过对相关的数学公式分析得出了一种介电常数及磁导率同时为负的设想媒质，并从数学的角度分析了这种媒质所具有的自然界中的材料所不具备的奇异功能和特性。这种材料具有负折射率、负波矢以及逆多普勒效应等特殊特性，后该种材料被称为左手材料(Left-Handed Materials)或称为负折射材料(Negtive-Index Materials)，但自然界中这种材料并不存在。在1996年，英国帝国理工大学的Pendry教授提出了通过周期排列金属短杆线来构造负介电常数的材料，于1999年提出了利用开口谐振环实现负磁导率材料的方法。2001年，美国研究者D.R.Smith根据Pendry教授提出的理论方法，利用金属线和开口谐振环组合的方式，首次制备出了具有负折射率的材料，并从实验的角度证明了负折射率现象的存在。新型电磁超表面属于人工电磁材料的一个特殊形式。该材料是由人工电磁材料结构单元通过周期排布来构造的超薄二维阵列面，具有其厚度远小于工作波长、损耗低等优点，且更容易与传统器件相集成。

发明内容

技术问题：为了有效的克服在设计超表面的过程中，其缩减带宽窄及双站RCS缩减量小的难题，本发明的目的是提供一种超薄超宽带随机编码RCS缩减超表面散射器，其中结合遗传算法来优化该超表面单元的优化排列位置，令其可在超宽的工作频带内，有效的降低单站及多站RCS。

本发明具体采用如下技术方案：

一种超薄超宽带随机编码RCS缩减超表面散射器，其特征在于所述超表面散射器由反射幅度相同，反射相位相差π的两种超表面单元按照遗传算法得到的优化规律排列组成，实现均匀的散射效果。

优选地，

所述两种超表面单元，其中一种超表面单元由另一种超表面单元轴向旋转90°形成。

两种超表面单元分别用编码位“0”和“1”来表征，利用遗传算法来优化“0”和“1”单元的排列方式。

与现有技术相比，本发明优势在于：

1.本发明利用一种超表面单元结构，通过简单的轴向旋转90°的方式获得另一种超表面单元结构，得到两种反射幅度接近相同且反射相位相差π的超表面单元结构，无须再设计其它结构。

2.本发明从编码设计的角度入手，利用优化算法——遗传算法来设计最优化的组合排列方式，并可以依据所实现的不同功能进行优化。

3.本发明具有超宽带特性。本发明中使用的超表面单元结构保证组成的超表面在宽频带内均能实现设计功能。

4.本发明可以根据应用频段来调节单元结构尺寸，进而实现微波段、太赫兹波段乃至光波段的线转换，进一步丰富线极化转换器的类型和方式，实现人工电磁超表面在微波器件中更为广泛的应用。

5.本发明中所采用的材料加工方便且易于实现。本发明的单元具有周期结构性质、尺寸紧凑、宽频带、高效率、结构简单，厚度较薄，易与传统器件结合，应用广泛。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明主要提出一种超薄超宽带随机编码RCS缩减超表面散射器，在实现超宽带下的雷达散射界面缩减方面解决了关键性的难题，从而拓展了超薄超表面器件的应用范围，为其开拓了一种新的应用前景。

2.本发明利用优化算法来设计单元的排列组合方式，这种组合方式基于优化散射方向图的设计思想，提出了利用遗传算法来优化实现。这种超薄的平面式结构能实现对双极化线极化电磁波RCS缩减的特性以及其在微波器件和集成电路结构的设计中具有更大的灵活性。

3.创新性强，技术前瞻性好：该超薄超宽带随机编码RCS缩减超表面散射器，在微波频段实现了多站RCS缩减的特性，创新性强，国内外未见同类结构；其可以很好的与传统微波器件配合使用，并可应用于太赫兹波段，拓展了平面式RCS缩减散射器件的应用范围，具有很好的技术前瞻性。

4.效率高、频带宽；本发明最终可以实现线极化电磁波RCS缩减特性。在17.1～41.2GHz范围内，RCS缩减均在10dB的以上。在23.1～27.1GHz的范围内RCS缩减可达15dB。在24.6GHz的频率下，RCS缩减达到了25dB。

附图说明：

图1是实施例一的“0”单元结构立体图；

图2是实施例一的“1”单元结构立体图；