[发明专利]一种超薄超宽带的棋盘结构RCS缩减超表面

说明书

本发明属于新型人工电磁材料领域，具体涉及一种超薄超宽带的棋盘结构RCS缩减超表面。本发明基于人工磁导体AMC结构，通过两种超表面基本单元复合结构的顶层金属图形的设计以及进一步的材料和尺寸的选择，将基本单元0和1进行阵列排布构成超级单元0和1后，将两种超级单元按照棋盘结构设计获得。在8‑12GHz波段，使其相位差能在较宽的频段内满足RCS缩减需求，且适用于高温环境。本发明超表面厚度较薄，介质厚度为2.3mm，整体超表面厚度为2.37mm，相比于现有技术减少了0.7mm；频带宽，缩减效果好，10dB以上的带宽可达3GHz，相对带宽可达26.9％，在8‑12GHz工作时，最大的RCS缩减值为25dB；解决了超表面在保证带宽的同时降低超表面的厚度以及可应用于高温环境的技术问题。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料领域，具体涉及一种超薄超宽带的棋盘结构RCS(雷达散射截面，Radar Cross Section)缩减超表面。

背景技术

超表面是按照一定的排列组合而成的人工复合结构。与自然界所存在传统材料不同的是，超表面可以通过调整结构的参数从而达到对材料自身的电磁参数进行一定的调控，其主要原理是靠引入相位突变来改变电磁波的传播性质。

由于超表面仅考虑二维，因此超表面具有厚度薄，重量轻等特点，此外，超表面设计比较灵活，能够调节作用的频段。通过调节超表面材料和尺寸结构等方法，可以将超表面的工作频段扩宽到太赫兹和光波波段。对于超表面的应用，目前国际上已经发现的有：负折射率、隐身斗篷、逆多普勒现象、超吸收等。然而超表面的缺点同样明显，即由于超表面的工作机理主要是基于电磁谐振，因此当电磁波频率与谐振点产生偏离时，超表面无法满足阻抗匹配的条件，导致工作带宽非常窄。

人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor，AMC)结构降低目标RCS的工作机理是构成棋盘结构的理想电导体(Perfect Electric Conductor，PEC)单元与AMC单元形成相位差，导致反射波之间产生干涉相互抵消。利用AMC单元与PEC单元的相位差为180°的特性，提出将AMC单元与PEC单元交替排布组成棋盘结构，使得垂直入射方向的反射电磁波相互抵消，达到了RCS减缩的目的。但是，基于AMC与PEC的超表面作用带宽都比较窄。现有的超表面的设计图形通常为同一图案，同一图案的超表面难以达到相位差要求。目前的研究中，虽然可以到达8.6dBRCS缩减的相对带宽为32％，但其厚度为3mm及以上，且通常使用的介质材料为FR-4，并不能在高温条件下使用。

基于以上叙述可见，如何在保证带宽的同时降低超表面的厚度成为了当前超表面急需解决的问题。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有超表面在保证带宽的同时降低超表面的厚度以及可应用于高温环境的技术问题；本发明提供了一种超薄超宽带的棋盘结构RCS缩减超表面，基于ZrO₂考虑设计两种AMC结构进行复合，从而扩宽作用带宽，根据相位相消原理，设计新的超表面图形，使两种超表面基本单元的相位差在8-12GHz满足180°±37°，从而实现相对带宽为26.9％的10dB以上的RCS缩减，且适用于高温环境。

具体技术方案如下：

一种超薄超宽带的棋盘结构RCS(雷达散射截面,Radar Cross Section)缩减超表面，由底板金属层、中间介质层和顶层图形单元构成。

所述顶层图形单元包括两种基本单元，分别为0和1，均是在边长为a的正方形居中设置图形，然后以边长为a的正方形为基准将两种基本单元排布而成；基本单元0的图形是一个圆形，基本单元1的图形是将边长为b的正方形以其中心点顺时针旋转45°后将旋转前后的两个正方形重叠部分去除后的类花瓣形图案；将相同的基本单元0和1按照≥3X3的相同组合分别设置成超级单元0和1阵列，然后将超级单元0和1按照棋盘的方式排布构成整个超薄超宽带的棋盘结构RCS缩减超表面，以达到降低RCS的目的。两种超级单元0和1相位差满足180°±37°，反射波进行相互抵消。