[发明专利]一种用于宽带和宽角RCS减缩的光学透明电磁超表面

说明书

本发明公开了一种用于宽带和宽角RCS减缩的光学透明电磁超表面，其由三层铟锡氧化物ITO薄膜层和两层聚对苯二甲酸乙二醇酯PET介质层构成，该表层和中层ITO层分别由N×N个棋盘式排布的超表面模块构成；超表面模块分别由M×M个基本单元组成，每个相邻的超表面模块之间按照沿中心顺时针旋转分布，上层ITO层由一组沿对角线排布的L型贴片构成，中层ITO层由一组沿对角线排布的L型贴片和一组拱形条带构成，还包括底层ITO层反射板。本发明解决了现有技术难以实现RCS减缩与光学透明的兼容性问题，具有宽带和宽角RCS减缩性能好和光学透明等优势，在同时需要光学透明或透视观察和RCS减缩的场景中具有潜在应用。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料领域，涉及一种电磁超表面，具体涉及一种用于宽带和宽角RCS减缩的光学透明电磁超表面。

背景技术

现代雷达探测技术的不断发展，对低散射平台造成了严峻的威胁。现有散射抑制技术包括外形设计和涂覆雷达吸波材料。通过外形技术抑制散射通常会改变平台原有的形态特征而破坏其气动性能，并且具有散射带宽窄和角稳定性差等缺陷。通过涂覆雷达吸波材料虽然能够有效降低散射强度，但是由于体积和重量等多方面因素则会限制其应用场景。此外，对于同时具有光学透明或视觉观察和散射抑制需求的场景，难以通过现有散射抑制技术满足其兼容性需求。

人工电磁材料是采用亚波长的人工电磁结构周期性排列构成，其能够实现对电磁波幅度、相位和极化等特性的灵活调控，在散射抑制方面也具有应用潜力。电磁超表面属于人工电磁材料的二维表征形式，其是通过将超表面单元进行二维排布而构成的。由于电磁超表面具有低剖面、结构简单和易于加工等优势，在天线、微波和太赫兹器件以及光电子器件等诸多领域具有广泛应用。

随着对电磁超表面的不断深入研究，针对RCS减缩，提出了如极化转换超表面、相位梯度超表面、频率选择超表面和超材料吸波器等多种超表面结构，实现了显著的RCS减缩效果。2018年，Yaqiang Zhuang等人在IEEE Access期刊上发表了一篇名为《Low-scattering tri-band metasurface using combination of diffusion absorption andcancellation》的论文，该论文通过将工作在不同频带具有不同功能的超表面结构进行联合设计，实现了有效的RCS减缩效果，但该超表面需设计两种工作于不同频带的超表面单元，并且该超表面在工作中各单元的工作机理是彼此独立的。此外，由于该超表面采用了“金属-介质-金属”的夹层结构，其在光学上是非可透视的，不适用于需要光学透明或视觉观察需求的场景。

针对低散射平台的视窗位置等需要兼顾光学透明和低散射特性的场景，设计具有高光学透明性且具有良好RCS减缩性能的电磁超表面具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于针对现有散射抑制技术无法满足同时具有光学透明或视觉观察和散射抑制需求的场景的难题，提出一种具备宽带和宽角RCS减缩的光学透明电磁超表面，用于满足现有技术无法在实现宽带和宽角RCS减缩的同时兼顾平台视窗等特殊场景对于光学透明或视觉观察的需求。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供的用于宽带和宽角RCS减缩的光学透明电磁超表面，包括两层PET介质层和三层ITO层，在上层PET介质层上表面印制有表层ITO层，在下层PET介质层上表面印制有中层ITO层且与上层PET介质层下表面紧密贴合；底层ITO层印制在下层PET介质层下表面。构成的多层电磁超表面有益于降低超表面的Q值以拓宽超表面的带宽。

表层ITO层和中层ITO层分别由N×N个棋盘式排布的超表面模块构成；超表面模块分别由M×M个基本单元组成，N≥2，M≥2，能够对低频段入射波产生有效谐振，有益于超表面的宽带RCS减缩性能。每个相邻的超表面模块之间按照沿中心顺时针旋转分布，利用相邻超表面模块之间的反相特性对散射能量进行重定向，可以实现有效的RCS减缩。