[发明专利]随机相位梯度多极化、极化无关广角RCS缩减超表面

说明书

本发明属于新型人工电磁材料和雷达隐身技术领域，公开了一种随机相位梯度多极化、极化无关广角RCS缩减超表面，随机相位梯度多极化、极化无关广角RCS缩减超表面由多种类型的非周期单元结构组成，包括金属图案层、介质基板和金属背板，上层金属图案层位于介质基板的上表面。多种类型的非周期单元由两个基本单元或一个基本单元组成；其他类型的单元最多由两个基本单元组成，形状为v或x结构，各个单元随机分布在所述超表面上。本发明超表面的单元没有特定的周期，通过改变单元上金属切割线的旋转角度以及采用多种类型单元来产生随机相位梯度，入射波被随机相位梯度打散至任意方向，实现了多极化、极化无关和广角RCS缩减特性。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料和雷达隐身技术领域，尤其涉及一种随机相位梯度多极化、极化无关广角RCS缩减超表面。

背景技术

目前，隐身技术的实现主要在于减小被探测目标的雷达散射截面(RCS)，降低RCS的主要方法包括雷达吸波材料和散射场重定向。雷达吸波材料能够吸收电磁波，降低被覆盖物体的RCS，同时可以采用多层吸波材料来扩展RCS缩减带宽。利用散射场重定向技术，可以人为地控制散射场，使得RCS在期望的范围内降低，人工磁导体(AMCs)和超材料常用于散射场重定向技术。

超材料由亚波长单元组成，其具有奇异的电磁特性，被广泛用于设计微波器件和天线，其中一个重要应用就是RCS缩减。2012年提出的相位梯度超表面(PGM)产生的附加波矢量可以控制电磁波的方向，导致入射波异常反射，证实了PGM具有降低后向散射的潜力。棋盘格超表面也可以实现RCS降低，具有宽带宽的棋盘格超表面通常由两种类型的AMC或一种不同大小的AMC组成。所有这些超表面的单元都有特定的周期，这意味着只能设计超表面单元的相位。此外，多数超表面都只在线极化波下实现了广角RCS缩减，没有做到真正的极化无关。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中多数超表面都只在线极化波下实现了广角RCS缩减，没有做到真正的极化无关。

解决以上问题及缺陷的难度为：如何在超表面上形成随机相位梯度，使得电磁波入射至超表面上被打散至其他任意方向，实现不同极化形式下RCS缩减。

解决以上问题及缺陷的意义为：探测雷达是不定向的，可能存在不同极化形式的电磁波照射目标物，则只能在特定条件下实现良好性能的结构存在一定的局限性，因此设计具有多极化、极化无关特性的RCS缩减超表面是有必要的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种随机相位梯度多极化、极化无关广角RCS缩减超表面，本发明为基于多种类型的非周期单元，增加了相位差的多样性，使得在超表面上产生随机相位梯度。

本发明是这样实现的，一种随机相位梯度多极化、极化无关广角RCS缩减超表面，所述随机相位梯度多极化、极化无关广角RCS缩减超表面由多种类型的非周期单元结构组成，包括金属图案层、介质基板和金属背板，上层金属图案层位于介质基板的上表面。

进一步，所述多种类型的非周期单元由两个基本单元或一个基本单元组成；

其他类型的单元最多由两个基本单元组成，形状为“v”或“x”结构，各个单元随机分布在所述超表面上。

进一步，所述基本单元为旋转角度随机的单条金属切割线，金属切割线的厚度为35μm，几何参数是w＝0.6mm，l＝5.6mm。

进一步，所述基本单元的分布由基于VBA语言的程序和CST仿真软件控制的均匀分布。

进一步，所述介质基板采用FR4，相对介电常数和损耗正切分别为2.65和0.001，厚度h为2.5mm。

进一步，所述多种类型的非周期单元没有特定的周期，通过改变单元上金属切割线的旋转角度以及采用多种类型单元产生随机相位梯度。