[实用新型]一种自适应超表面电磁隐身衣

说明书

本实用新型提供一种自适应的超表面电磁隐身衣，包括谐振单元、探测器、电源模块；谐振单元，用于无缝拼接成隐身衣；电源模块，用于为谐振单元提供直流偏置电压；探测器，用于探测入射电磁波信息和隐身衣所处的环境背景信息。本实用新型提供的隐身衣，谐振单元尺寸小于工作电磁波波长，设计灵活，其反射谱可以自由调控。自适应超表面隐身衣可以根据不同的入射波信息和环境背景信息主动地调节内部参数实现实时隐身，不需要人为干涉和大量耗时费力的全波数值仿真，效率高，反应速度灵敏，可广泛应用于微波频段和对实时性要求高的场景。

技术领域

本实用新型属于电磁波隐身领域，具体涉及一种自适应超表面电磁隐身衣。

背景技术

在生物进化中，隐身是一种高级的自我保护方式。比如，变色龙、章鱼等头足类动物通过改变身体的颜色，使其与栖息背景颜色一致；透翅蝶的翅膀能够大幅度减少光的反射，让掠食者难以发现。更重要的是，这些动物昆虫能够根据不同的外界环境主动地调节身体内部微观结构达到实时‘隐身’的目的。

人类也一直渴望拥有隐身能力。从中国名著西游记到现在的哈利波特，人们对于隐身的美好幻想从未停歇。传统的隐身技术是通过在物体表面涂敷各种功能材料，从而达到损耗或漫散射雷达波以及抑制目标表面红外辐射强度的目的。但是这些隐身涂敷材料是基于吸波原理构造的，仅可规避单基站的雷达探测，而不能对多基站雷达同时隐身，并不是真正的隐身。近些年来，随着变换光学和材料科学的发展，科学家们已经成功实现了微波段到光波段的隐身，其潜在的物理原理主要有变换光学、散射相消和超表面。

变换光学基于麦克斯韦方程的形式不变性，调控光线绕过被隐身物体，理论上不产生任何电磁散射。实验上，可以采用异向介质构造出满足变换光学要求的等效电磁参数，再按照一定规则空间排列这些异向介质于被隐身物体的周围。散射相消是将等离子体包裹在被隐身物体表面，激发的偶极子将会彼此相抵消，使得散射场明显降低，从而实现内部物体隐身。超表面是将亚波长谐振单元覆盖在被隐身物体表面，通过调节每个谐振单元的反射相位，使有隐身衣的障碍物产生的散射场与没有障碍物时产生的散射场一样。这三种当下流行的隐身方法具有各自的优缺点，应用于不同的场景。比如，变换光学对电磁参数要求非常苛刻，实现起来困难；异向介质由于在光波段损耗大且色散剧烈，只能工作在很窄的微波频段。

科学家们在设计隐身衣时往往依赖全波数值仿真来探究人工微结构和光的复杂作用关系，这种方法耗时费力，主要体现在以下三个方面：第一，全波数值仿真是一个反复求解迭代麦克斯韦方程的过程，其本身消耗时间长、工作效率低；第二，科学家们一般需要穷举并仿真每种可能的微结构，最后根据仿真结果确定最终采用的微结构，这种工作方式单调乏味，任务量非常大且往往需要做很多无用功；第三，材料结构和光的作用关系具有强烈非线性，微小的结构调整可能会带来截然不同的结果，这意味着最终采用的微结构并一定是全局最优。除此之外，这些隐身衣一旦设计制作完成，只能工作在既定的环境模式下。当受到入射波信息或改变所处的环境背景时，隐身性能可能会丧失，即缺少像自然界中变色龙一样的自适应性。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一种自适应的超表面电磁隐身衣，包括谐振单元、探测器、电源模块；

谐振单元，用于无缝拼接成隐身衣；

电源模块，用于为谐振单元提供直流偏置电压；

探测器，用于探测入射电磁波信息和隐身衣所处的环境背景信息。

进一步地，谐振单元为亚波长有源谐振单元，多个亚波长有源谐振单元无缝拼接，亚波长有源谐振单元包括三层：上层为谐振结构，中层为低损耗的介质，下层为金属。

进一步地，谐振结构上焊接有变容二极管，通过加载直流偏置电压于变容二极管以调控反射光谱。

进一步地，亚波长有源谐振单元尺寸小于工作电磁波波长。