[发明专利]一种基于散射与吸收协同作用的宽频带低RCS超表面结构

说明书

本发明公开了一种基于散射与吸收协同作用的宽频带低RCS超表面结构，其特征是，至少包括介质层和金属层构成超表面结构单元，其中，介质层由自上而下分布的第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层构成；金属层由自上而下分布的低频极化转换吸收层、高频极化转换层、第一频率选择表面层、第二频率选择表面层和第三频率选择表面层构成，低频极化转换吸收层和高频极化转换层分别位于第一介质层和第二介质层的下表面，第一频率选择表面层、第二频率选择表面层和第三频率选择表面层被第三介质层和第四介质层分隔开，由超表面结构单元经过复制旋转得到低RCS超表面结构。本发明体现出了极化转换+吸收‑透波‑极化转换+吸收的特性，达到了通带内高效透波，带外宽频带RCS抑制的目的。

技术领域

本发明属于雷达与无线通信技术领域，涉及一种基于散射与吸收协同作用的宽频带低RCS超表面结构,具体涉及极化转换散射电磁波，集总电阻吸收电磁波协同作用,且具有传输窗口的低RCS超表面。

背景技术

随着雷达探测技术的不断发展，电磁隐身技术也在日益更新。由于雷达天线系统的强散射特性，极大增加了各种雷达应用平台如飞机、舰船等的雷达散射截面Radar CrossSection,RCS，因此，降低雷达天线系统的雷达散射截面成为了近年来的研究热点。

频率选择表面Frequency Selective Surface,FSS作为一种电磁波的空间滤波器，能够根据频率控制电磁波的通过与否，将其应用于雷达天线罩设计，不仅能够防止天线受到风霜雨雪等环境的损害，还能够降低通带外非天线工作频带)电磁波的干扰。然而，传统的频率选择表面在通带以外会对入射电磁波产生强烈的反射，从而增大了被雷达探测到的概率，因此，需要设计一种在通带外具有低RCS特性的超表面。

为了达到通带外抑制RCS的目的，有人提出将传统的频率选择表面和有耗吸波超表面结合，组成具有吸收-透波-吸收特性的频率选择吸波体Frequency SelectiveRasorber,FSR，例如Jing Xia等人在IEEE Transactions on Antennas and Propagation期刊上发表了一篇名为《Design of a Wideband Absorption Frequency SelectiveRasorber Based on Double Lossy Layers》的论文，该论文首先将一层电阻损耗层放置于频率选择表面上方，形成了常规的吸收-透波-吸收特性，然后再将一层电阻损耗层置于最上方，拓宽了带外的吸收带宽，使得-10dB反射带宽为2.5-14.6GHz，透波窗口的最小插入损耗为0.78dB。此方法可以吸收带外的反射信号，从而降低雷达散射截面。

另外一种方法是采用散射-透波-散射的方式，散射的实现方式有两种：一种是通过人工磁导体Artificial Magnetic Conductor,AMC形成180°相位差来将电磁波散射到其它方向，另一种是使用极化转换的方式形成180°相位差来将电磁波散射的其它方向。Lingling Wang等人在IEEE Transactions on Antennas and Propagation期刊上发表了一篇名为《A Multifunctional Frequency-Selective Polarization Converter forBroadband Backward-Scattering Reduction》的论文和在中国专利申请号2019105402441中通过在二阶带通滤波器上层单元切角的方式实现了高频极化转换和中间频带的透波，然后在其上方放置一个沿着单元对角线对称的鱼骨形贴片，从而在低频实现了极化转换，因此在整个频带的实现了散射-透波-散射的模式，其-10dB共极化反射带宽为5.6-15.13GHz。然而，通过在二阶频率选择表面上层单元切角的方式实现的高频极化转换带宽有一定限制，低频极化转换吸收单元的周期较小，导致了低频极化转换带宽受到限制，因此，该设计所覆盖的带宽并不理想。

目前，研究设计一种极化转换散射电磁波，集总电阻吸收电磁波协同作用形成更宽的带外RCS抑制且具有传输窗口的低RCS超表面是一大挑战。

发明内容