[发明专利]一种微波波段的超薄宽带共形低散射超表面装置

说明书

本发明涉及一种微波波段的超薄宽带共形低散射超表面装置，旨在改善低频低散射装置剖面高、带宽窄的问题。本发明由金属圆柱和柔性超表面组成；所述柔性超表面包含柔性介质层和设置在柔性介质层外表面的共形超表面结构层，其中共形超表面结构层是由一圈金属结构沿圆柱的轴线方向进行有限周期延拓构成，每圈金属结构由一系列结构完全相同且沿圆周方向周期排布的金属贴片通过三条金属窄带线连接构成。本发明施例的低散射超表面装置可以降低电大或电小尺寸金属目标的散射，同时具备了工作频带宽、超薄、易共形、结构简单、制备成本低等优点。

技术领域：

本发明属于人工电磁超材料领域，具体涉及一种微波波段的超薄宽带共形低散射超表面装置。

背景技术：

近年来，低散射装置的设计工作由于其重要的军事应用价值引起了科学界的越来越广泛的关注，其中一项关键的技术挑战在于如何降低雷达散射截面(Radar-CrossSection，RCS)。

传统的低散射装置主要是依靠外形结构或加载雷达吸波材料来实现RCS的缩减，但是这类低散射装置的设计、制备难度大，体积通常也不小。近年来，超材料由于其能够对电磁波进行任意调控且具有损耗小、剖面低、工作带宽宽等特性引起了科学界及工业界的广泛关注。而利用超材料进行低散射装置的设计也因此成为了热门的研究课题。然而，到目前为止，绝大多数已报道的低散射超表面装置均难以在保证装置剖面足够低的前提下，在较宽的频带范围内实现对目标物的RCS有效缩减。

因此，从现实应用的角度出发，亟需探索一种加工难度小、成本低的新设计方案，在保持隐身装置的低剖面的同时，能够有效地实现宽频隐身功能，拓宽背向雷达散射截面积(Radar-Cross Section，RCS)的缩减带宽。

发明内容：

本发明的目的是提供了一种微波波段的超薄宽带共形低散射超表面装置，旨在改善低频低散射装置剖面高、带宽窄的问题。通过合理设计金属贴片单元结构，使本发明低散射超表面装置能够工作在较宽频带范围内。采用三条平行的金属窄带线进行连接，最终实现该低散射超表面装置工作频带的拓宽。当电场方向平行于圆柱轴线的TE极化波沿着与圆柱轴线正交的方向入射时，该低散射超表面装置可在厚度小于0.014λ₀(λ₀为所述低散射超表面装置中心工作频率对应的自由空间波长)的情况下，保证RCS的-10-dB缩减带宽大于9％，且无论目标是电大尺寸还是电小尺寸的金属物体，均具有良好的低散射效果。

本发明采用以下方案实现：一种微波波段的超薄宽带共形低散射超表面装置，所述低散射超表面装置由金属圆柱和柔性超表面组成；所述柔性超表面包含底层柔性介质层和顶层共形超表面结构层。

在一些实施例中，所述共形超表面结构层是由一圈金属结构沿圆柱的轴线方向进行有限周期延拓构成，且每圈金属结构中心之间的间距为90mm；所述每圈金属结构由N个结构完全相同的金属贴片沿圆柱面圆周方向进行周期排布实现，具体地，金属贴片单元关于金属圆柱轴线沿圆周方向依次旋转角度2π/N，从而实现周期排布；所述每圈金属结构中相邻的金属贴片单元通过三条金属窄带线进行连接；所述金属窄带线每条长度为22mm，宽度为1.5mm，两条金属窄带线中心间隔为3.2mm；所述金属贴片单元包括一个“工”字型金属贴片及设置在所述“工”字型金属贴片上、下边沿的两排结构完全相同的锯齿结构；所述“工”字型金属贴片由一个尺寸为80mm×2.3mm的矩形贴片连接两个尺寸分别为101.5mm×18.5mm以及110mm×58mm的矩形贴片构成；所述每排锯齿结构关于所述“工”字型金属贴片中心呈现轴对称排布，具体地，由9个尺寸为2mm×2.6mm的小矩形贴片排列组成，相邻两个小矩形贴片中心之间的距离为5mm。

在一些实施例中，所述柔性介质层的相对介电常数范围为2-5，相对磁导率范围为1-5，介质损耗角正切tanσ＜0.1，厚度小于0.014λ₀(λ₀为所述低散射超表面装置中心工作频率对应的自由空间波长)，高度与金属圆柱相同，其自然伸展，将金属圆柱紧紧包裹；所述金属贴片单元中的所有金属均为铜。