[发明专利]宽带、极化不敏感螺旋编码RCS减缩超表面及其设计方法

说明书

本发明属于雷达隐身技术领域，具体为一种超宽带、极化不敏感螺旋编码RCS减缩超表面及其设计方法。所述超表面为二维有限尺寸结构，由8×8个具有不同梯度方向的8种线性超单元按螺旋序列排列而成；8种线性超单元的梯度方向分别为0^o、45^o、90^o、135^o、180^o、225^o、270^o和315^o，每个线性超单元为二维有限尺寸结构，由6×6个具有不同尺寸的6种人工电磁结构单元按线性梯度构成，均完全覆盖360^o，相位梯度为60^o；所述螺旋序列为由外而内的单螺旋循环排列方式，所述人工电磁结构单元为一种旋转对称反射结构，由上层内部闭合环和外部耶路撒冷金属结构、中层介质板和底层金属铜板组成。本发明RCS减缩超表面具有厚度薄、鲁棒性好、超宽带工作、易加工等优异特性。

技术领域

本发明属于雷达隐身技术领域，具体涉及一种基于单螺旋循环编码排列和线性相位梯度的超宽带、极化不敏感RCS减缩超表面及其设计方法。

背景技术

随着雷达探测技术的快速发展，隐身特性逐渐成为衡量飞行目标性能优劣的重要指标。雷达对目标的探测主要取决于被探测对象的雷达散射截面(RCS)，因此，缩小RCS成为实现隐身最重要的手段。传统的隐身技术主要通过改变飞行目标外形和涂覆雷达吸波材料(RAM)实现RCS的缩减，如B-2轰炸机，除了通过其扁平的外形设计实现雷达探测隐身外，在机体表面还涂覆4层RAM，以实现RCS缩减最大化，类似方式实现雷达隐身的还有F-22猛禽战机。但由于快速飞行目标的空气动力学因素限制，通过外形设计实现RCS缩减会引起目标机动性急剧下降，同时多层涂覆RAM会增加目标重量和厚度，另外能适用多波段的高吸收率RAM比较昂贵，使得其在目标隐身应用中的代价很高。有关资料表明，B-2和F-22每飞行一次需更换RAM，每次更换需35小时，成本花费高昂。鉴于外形和RAM隐身存在的诸多缺陷，研究人员开始探索更为经济有效的方法手段来实现目标隐身。

超表面是由亚波长人工电磁结构按照一定排列方式构成，具有强大电磁波调控能力的新型人工复合结构，其作为一种新兴技术，有望能解决上述隐身方案中存在的缺陷，同时作为超材料的二维平面情形，可望与飞机、导弹等一些高速飞行目标共形，在军事、航天、通信系统中具有广阔应用前景。由于超表面的优异特性和强大电磁调控能力，其在目标电磁隐身中的潜在应用被逐渐发掘出来，并取得阶段性进展。2007年，棋盘结构的人工磁导体(AMC)超表面首次被应用于RCS缩减领域，虽然其窄带特性、极化敏感性以及特定区域(后向)RCS减缩限制了它的实际应用，但该方法极大激发了人们对宽带、极化不敏感、大角度入射和双站RCS减缩的研究热潮，期望有朝一日这一技术能够真正用到实际中去，成为代替传统RAM的新型隐身材料。

本发明公布了一种基于单螺旋循环编码排列和线性相位梯度的超宽带RCS减缩超表面及其设计方法，该方法简单高效，解决了现有RCS减缩超表面设计需要大量优化而引起的耗时耗力问题，同时具有大角度入射、极化不敏感等优异性能，在雷达电磁隐身领域具有重要潜在应用前景。

发明内容

本发明目的在于提出一种具有极化不敏感和大角度入射的超宽带RCS减缩超表面及其设计方法。