[发明专利]一种基于金属-石墨烯复合结构的混合吸波漫反射超表面

说明书

本发明提供一种基于金属‑石墨烯复合结构的混合吸波漫反射超表面，由两种编码超表面单元按照最优编码序列排列得到，所述两种编码超表面单元均包括由上到下设置的衬底介质板、空气层和底部金属接地板，所述衬底介质板上表面印刷有金属‑石墨烯混合分布结构，所述金属‑石墨烯混合分布结构包括相互连接的金属条带和石墨烯薄膜电阻，所述两种编码超表面单元的金属条带的长度不同，本发明的混合吸波漫反射超表面使反射波呈现等幅反相位，对反射波相消干扰使其扩散到若干个不同方向同时实现对反射波的吸收，能有效降低了RCS，达到显著的隐身效果，在隐形斗篷、成像和波前处理等领域具有潜在应用。

技术领域

本发明属于雷达隐身及探测技术领域，具体属于一种基于金属-石墨烯复合结构的混合吸波漫反射超表面。

背景技术

随着雷达隐身及探测技术的发展，雷达散射截面(RCS)作为回波电磁信号强度的测量指标，受到了广泛的关注。同时，在降低被探测风险的需求驱动下，RCS缩减技术也成为人们关注的热点。通常采用吸收或漫反射这两种方式降低RCS。对于吸收方式，传统的雷达吸波材料由于其厚度大、体积大和频带固定的特点，限制了其在小型化和集成化系统中的灵活运用。由亚波长尺寸的共振结构组成的吸波超材料具有厚度薄、重量轻、频带宽、柔韧性大、吸收能力强、入射角超宽等优点，已成为RCS缩减技术的研究热点。对于漫反射方式，基于相位相消原理的漫反射超表面可实现低后向散射，它充分利用编码单元的相互干涉来调整远场散射图，在光束控制、全息成像等方面具有重要的实用价值。

近年来，一些吸波-漫反混合超材料引起了人们的关注，这种材料结合了吸收和漫反射两种方式的优点，以获得更好的RCS降低性能。此外，许多研究人员也对此做了研究，在宽带、太赫兹、反相位元件组合等方面做出了贡献。通常，对于这中混合吸波-漫反射的超表面，基本的设计要求是实现10dB RCS缩减，但更高性能的RCS缩减仍然是一个挑战。

目前，虽然有研究能实现高性能的吸收漫反射超表面单元，但考虑到结构的稳定性、体积大小、装配难度和加工公差等问题，以及三维或多层结构在实际应用中的限制，利用平面单层结构实现RCS缩减的改进仍然是一个具有挑战性的任务，并且存在巨大的需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于金属-石墨烯复合结构的混合吸波漫反射超表面，通过将两个编码单元适当地排列组合得到混合吸波漫反射超表面，以实现宽带高性能的RCS缩减。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于金属-石墨烯复合结构的混合吸波漫反射超表面，由两种编码超表面单元按照最优编码序列排列得到，所述两种编码超表面单元均包括由上到下设置的衬底介质板、空气层和底部金属接地板，所述衬底介质板上表面印刷有金属-石墨烯混合分布结构，所述金属-石墨烯混合分布结构包括相互连接的金属条带和石墨烯薄膜电阻，所述两种编码超表面单元的金属条带的长度不同。

进一步的，所述金属条带包括互相正交的第一金属条带和第二金属条带，第一金属条带和第二金属条带将衬底介质板分为四个区域，每一区域中均印刷有一石墨烯薄膜电阻，石墨烯薄膜电阻与金属条带连接并由第一金属条带和第二金属条带的相交点向外延伸。

进一步的，所述第一金属条带和第二金属条带的长度相同。

进一步的，两种编码超表面单元上对应的金属条带的长度不同，两种编码超表面单元上金属条带长度的取值使两种编码超表面单元实现180°的反射波相位差。

进一步的，所述最优编码序列利用模拟退火算法和远场模式预测模块得到。

进一步的，所述衬底介质板可采用任意介电常数的介质。

进一步的，所述金属条带和底部金属接地板上还设置有金属电镀膜。

进一步的，所述石墨烯薄膜电阻的形状为水晶、方形或圆形。

进一步的，所述金属-石墨烯混合分布结构通过丝网印刷技术一次印刷在衬底介质板上表面。