[发明专利]超宽带极化不敏感的3比特随机编码超表面结构及设计方法

说明书

本发明公开了一种超宽带极化不敏感的3比特随机编码超表面结构及设计方法，由8种PCM单元采用随机编码的形式在二维平面上排列构成；8种PCM单元的相位响应由低到高依次相差22.5°，记为“000”，“001”，“010”，“011”，“100”，“101”，“110”，“111”；每种PCM单元均为双箭头形谐振器，包括短截线谐振器和V型谐振器；通过调整双箭头形谐振器的旋转角度以及V型谐振器中箭头长度，实现交叉偏振反射的相位和振幅的控制。采用具有宽带极化转换性质的单元构成编码，不仅能将电磁波散射到各个方向，还能将入射电磁波转换为与之呈交叉极化的另一种线极化出射波。因而能显著缩减目标的雷达散射截面，具有很好的宽带隐身效果。

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料，特别是一种超宽带极化不敏感的3比特随机编码超表面结构及设计方法。

背景技术

新型人工电磁材料(metamaterials)是一种具有广泛可调电磁性能的亚波长周期性排布的人工复合材料/结构。通过超材料人们可以实现从“双正”到“双负”的等效介电常数和磁导率调控，进而实现负折射率、逆多普勒效应、完美透射等多种反常效应。近年来，研究者在超材料的机理研究和实际应用等方面取得了长足的进展。

新型人工电磁表面(metamaterials)是由亚波长单元结构组成的二维超薄平面阵列，是新型人工电磁材料近年来的研究热点。通过调整亚波长单元的结构及排列方式，新型人工电磁表面能够实现新型人工电磁材料类似的奇异电磁现象，而且还能实现电磁波反射/传输相位、极化方式、传播模式等特性的自由调控。在很多应用中，新型人工电磁表面能够替代人工电磁材料实现相同的电磁波调控功能，而且相比于新型人工电磁材料，新型人工电磁表面的厚度远小于工作波长，结构轻便，容易制备，损耗相对更低。

2014年，东南大学崔铁军教授等又提出了一种编码新型人工电磁表面的概念。这种新型人工电磁表面由宽带内相位差保持基本恒定的单元组成，按照编码位数区分，有1bit、2 bit、3 bit新型人工电磁表面等。例如，2 bit编码新型人工电磁表面是由反射相位按90°递增的四种基本单元组成，对应于“00”，“01”，“10”，“11”的编码，其他比特的编码表面依此类推。通过选取编码序列，能够实现对电磁波的任意控制。采用编码新型人工电磁表面的设计方法来实现具有漫反射效应的随机表面，无需从等效媒质参数的角度出发，只需通过设计相应的单元编码序列，就可以实现电磁波的自由调控。

在以往的随机编码超表面的设计中，虽然有效地减少了雷达散射截面，但是采用超表面结构来实现超宽带雷达散射截面缩减仍然是一个巨大的挑战。

申请号为201410145132.3的专利公开了一种多比特电磁编码超表面，是由一定频段内相位差保持基本稳定的有限种的电磁超材料单元按照一定的规律排列而成，可由相位响应由低到高依次相差90°的四种超表面基本单元（分别记为“00”，“01”，“10”，“11”），按一定的编码规律排布可构成2-bit电磁编码超表面；由相位响应由低到高依次相差45°的八种超表面基本单元（分别记为“000”，“001”，“010”，“011”，“100”，“101”，“110”，“111”），按一定的编码规律排布可构成3-bit电磁编码超表面，依次类推。

采用多比特电磁编码超表面，无需从等效媒质的角度来设计，而只需设计相应的编码次序，就可以调控电磁波，实现预想的各种功能，具有易于设计、易于加工、工作带宽宽等优点。然而，其仍然存在带宽不够宽的问题，如在申请号为201410145132.3的专利中，其工作带宽则为7.5-15GHz。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种超宽带极化不敏感的3比特随机编码超表面结构，该超宽带极化不敏感的3比特随机编码超表面结构采用具有宽带极化转换性质的单元构成编码，不仅能将电磁波散射到各个方向，还能将入射电磁波转换为与之呈交叉极化的另一种线极化出射波。因而该隐身表面能够显著地缩减了目标的雷达散射截面，降低了雷达侦测到的可能性，具有很好的宽带隐身效果。