[发明专利]一种超宽带雷达散射截面减缩超材料及超宽带雷达

说明书

本发明提供一种超宽带雷达散射截面减缩超材料及超宽带雷达。所述超材料由M×N个有限非周期结构单元构成；所述有限非周期结构单元包括金属地板、介质板以及设置在所述介质板上的金属贴片；所述金属贴片包括十字金属贴片和金属环贴片。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，具体涉及一种基于多波相消干涉物理机制的超宽带雷达散射截面(RCS)减缩超材料及超宽带雷达。

背景技术

雷达通过天线将电磁能量辐射至大气空间中，能量以电磁波的形式向前传播。由于目标形状及表面的多样性，当电磁波遇到目标后将会向多个方向反射，一部分反射波会回到雷达的方向被截获。雷达根据截获到的信号可以得到被测目标的距离、方向、速度等信息。

雷达散射截面(RCS)，是度量雷达回波强弱的物理量。然而，为了降低对雷达发射的电磁波的反射，要求降低目标的RCS，使其在一定的频率范围内难以被敌方雷达检测和识别，无法获得被测目标的关键信息，从而躲避雷达的探测。当雷达系统一定时，被测目标的RCS主要取决于外观形状以及目标材料的电磁特性。通过外形结构的设计，目标的反射波偏离雷达发射方向。然而，外形隐身技术已经发展到了瓶颈期，受气动性能的限制，外形隐身技术很难再有大的改进。吸波材料可以将电磁能量转换成热量耗散，但是目前国内关于吸波材料的研究还存在窄带、效率低、密度大等缺点，应用也受到了限制；等离子体技术利用高功率微波在武器平台的主要散射区域产生等离子体对入射的电磁波实现吸收或衰减。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种超宽带雷达散射截面减缩超材料表面以及超宽带雷达：

本发明的一方面，提供一种超宽带雷达散射截面减缩超材料表面，所述超材料表面由M×N个有限非周期结构单元构成；所述有限非周期结构单元包括金属地板、介质板以及设置在所述介质板上的金属贴片；所述金属贴片包括十字金属贴片和金属环贴片。金属环贴片可以是金属方环贴片，也可以是金属圆环贴片或其他金属环贴片。

进一步地，通过设置所述有限非周期结构单元中的所述介质板的厚度参数；和/或，所述十字金属贴片的臂长参数；和/或，所述金属环贴片的尺寸参数；以抑制入射到所述超材料表面电磁波的后向散射。

进一步地，当平面波入射到超材料上时，所述M×N个有限非周期结构单元产生的M×N个反射波相消干涉，从而缩减雷达散射截面。

进一步地，所述金属贴片单元环绕所述十字金属贴片设置。

进一步地，所述金属环贴片构成不包含正中T个十字形金属环贴片的P×P阵列,P、T为奇数。

进一步地，所述有限非周期结构单元的宽度为D,金属环贴片的环宽度为ω，ω≤D/P²,所述金属环贴片选自如下尺寸之一：第1尺寸S₁，满足D/P-2ω＜S₁≤D/P-ω；第2尺寸S₂，满足D/P-3ω＜S₂≤D/P-2ω；第3尺寸S₃，满足D/P-4ω＜S₃≤D/P-3ω；……；第P-2尺寸S_P-2，满足D/P-(P-1)ω＜S_P-2≤D/P-(P-2)ω。

进一步地，所述有限非周期结构单元的宽度为D,金属环贴片的环宽度为ω，ω≤D/P²,所述十字金属贴片选自如下尺寸之一：十字金属贴片臂宽W：ω≤W≤D/P，十字金属贴片臂长L：3W≤L≤(P-2)W。

进一步地，所述M×N个有限非周期结构单元为4×4个。

进一步地，所述介质板为F4B-2介质板。

进一步地，所述超材料表面在6.16GHz-41.63GHz频段上，可实现10dB以上的RCS减缩。

本发明的另一方面，提供一种超宽带雷达使用前述的超宽带雷达散射截面减缩超材料表面。