[发明专利]单层宽带随机表面

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微波频段的单层宽带RCS（Radar Cross Section雷达散射截面）缩减表面，属于雷达隐身和新型人工电磁材料领域。

背景技术

本发明中涉及的新型人工电磁材料（Metamaterials）由一定规模的亚波长单元结构周期排列组成，通过人工设计其单元结构，可以控制材料的等效介电常数、磁导率、折射率、波阻抗等电磁参数，实现自然界存在的材料所不具有的性质。随着人们对新型人工电磁材料理论研究和应用开发的深入，它在雷达隐身领域的应用也引起了众多研究人员的兴趣。

雷达隐身的方法即是采用各种手段来减小目标的RCS。传统的减小雷达散射截面的方法主要有3种，分别是：外形设计、采用雷达吸波材料（Radar Absorbing Material）、有源对消、无源对消等。RCS的缩减是一种折衷的研究，其优缺点相平衡。当目标表面被修整或重新取向以获得雷达散射截面缩减时，雷达截面在一个观察角上的减小通常伴随着在另一个观察角上的增加；使用雷达吸收材料，通过材料中能量的耗散，就可以得到雷达截面的缩减，而在其他方向上的RCS电平保持相对不变。另一方面，RAM的使用也是以增加目标重量、体积和表面维护问题为代价的，在实际应用中有诸多限制。单层宽带随机表面是基于随机散射理论，利用单层宽带多谐振结构，通过调节单元结构的尺寸参数，将电磁波入射至金属平板时产生的反射尖峰向空间各个方向辐射，空间各个方向的反射波呈现随机分布，使得金属平板的反射峰值大幅降低，达到对其隐身的目的。单层、宽带、对入射方向不敏感的随机表面，相比于传统材料不仅厚度大大降低，并且可以实现对入射波后向RCS的大幅缩减，易于通过利用不同尺寸、不同结构的谐振单元实现金属目标体的隐身，在隐身领域有很大的潜在应用价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于电磁波随机散射理论的单层宽带随机表面。这种随机表面可以通过来对单元尺寸参数的调整实现对单元谐振频率的微调，从而改变入射波的反射场相位，在较宽频带内将入射电磁波的反射场打散，使得反射场的后向RCS下降超过10dB，大大降低被敌方探测到的几率。随机表面具有厚度薄、重量轻、易于加工、成本低，对入射角度不敏感和隐身性能优良的优点，因此具有很高的实用价值。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种单层宽带随机表面，该随机表面包括介质基板,分别覆盖在该介质基板上表面和下表面的基本单元和金属地板；该金属地板用于防止电磁波透射；所述基本单元采用尺寸随机分布的单层双谐振单元构成，由位于单元中心的规则方形环和位于该方形环外围的带枝节方形环构成。

优选的，基本单元,介质基板与金属地板共同构成单层雷达散射截面缩减表面。

优选的，基本单元为风车型金属贴片，边长a，介质基板厚度h，基本单元上所用金属环结构的线宽g，位于单元中心的规则方形环和位于该方形环外围的带枝节方形环之间间隙d，上述参数具体如下：a=15mm，h=4mm，g=0.4mm，d=0.55mm；中心的规则方形环边长与外环枝节长均为L。

优选的，基本单元中心的规则方形环边长与外环枝节长均为L随机分布，造成反射波相位随机分布。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优势：

1.本发明结构简单，加工方便，成本低。传统的多谐振结构大多是利用多层堆叠技术来实现360°的移相范围以及拓展单元带宽，然而造价高，制造困难，各层之间的严格校直也较繁琐。相比之下，本发明使用的单层结构制作工序相对简单，只需要一步光刻过程，不仅节省造价，而且避免了多层结构对齐引发的加工误差。

2.本发明具有宽带特性。在8-12GHz频段内，使得二维金属板的后向RCS降低超过10dB。

3.本发明对大角度斜入射的电磁波也具有较好的随机散射效果。在实际应用中，复杂的电磁环境，斜入射波比正入射波更加普遍，因此本发明能良好的适应复杂的电磁环境。

4.本发明同时具备便携、容易集成等优点，且易于共形。比传统的吸波隐身材料更薄、更轻。

附图说明

图1a是单层宽带随机表面的单个单元结构正视图，

图1b是单层宽带随机表面的单个单元结构侧视图，

图1c是单层宽带随机表面的单个单元结构的尺寸标注图，

其中示出了本发明中的单元结构边长a，介质基板厚度h，金属线宽d，金属环带间隙g，内环边长与外环枝节长L可以调整。通过调整上述参数，可以控制风车单元内环，外环的谐振频率，以拓宽单元带宽，从而实现不同工作频率上的宽带相移；