[发明专利]一种用于雷达散射截面积缩减的功能可重构电磁超结构

说明书

本发明公开了一种用于雷达散射截面积缩减的功能可重构电磁超结构，属于电可变电磁调控超结构技术领域。本发明在同一结构上实现了两种功能的切换，将具备宽带谐振特性的弯曲金属结构引入可切换表面的设计。通过特殊设计不同方向上电阻、PIN二极管和金属条带的连接方式，实现了在同一结构上实现两种频带相同的可切换功能，由于两种状态实现均依赖于同一弯曲结构的多谐振特性，因此两种功能工作频带相同，且均表现出宽带特性。将超结构单元在满足相消原理下进行组阵排列，该超结构实现了两种不同工作原理下的宽带隐身设计，并可实现灵活切换和动态控制，优化了传统隐身方案的设计，能够满足复杂的雷达探测环境。

技术领域

本发明属于电可变电磁调控超结构技术领域，更具体地，涉及一种用于雷达散射截面积缩减的功能可重构电磁超结构。

背景技术

隐身技术是使目标在电磁波、声波、红外光以及可见光等探测中不被发现的技术统称。目标在电磁波中的隐身能力是现代信息化战争中的关键，是世界各国关注的重点。雷达散射截面积(Radar Cross Section，RCS)是目标被电磁波照射时特定方向上反射功率能力的一种量度，是电磁隐身技术中的重要考核指标。加载吸波材料和外形设计是研究早期常见电磁隐身技术，但会限制雷达目标的其它的工程性能。电磁超结构凭借其优异的电磁性能，在电磁隐身领域得到广泛的应用。

超结构技术凭借着优异的电磁性能提供了诸多的电磁隐身方案，诸如人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)相位相消表面、频率选择吸收(FrequencySelective Absorber,FSA)表面等多种低散射方案。AMC相位相消方案的原理是对反射电磁波能量空间分布的调控，相同的入射电磁波经不同AMC表面反射后，反射波之间形成180°的相位差，基于干涉相消原理，形成的类棋盘结构可实现入射电磁波方向上的反射波能量降低。虽然AMC相消方案可以有效的降低雷达目标的单站RCS，但双站RCS会增大，降低雷达目标在双基站雷达下的生存率，限制了该方案的应用场合。FSA频率选择吸收方案是通过将入射电磁波能量转换为热能实现，入射电磁波能量在谐振结构上产生电磁感应电流，经集总电阻或损耗材料后转换为焦耳热，实现反射电磁波能量降低。FSA方案可以有效的降低单、双站RCS，但热量的产生会增大目标被红外光探测的可能性。因此，AMC、FSA等低散射方案基于特定的工作原理可实现某种探测环境下隐身设计，但存在各自的应用缺陷，不足以满足日益复杂的探测环境。

功能可重构电磁超结构凭借其功能的灵活的实时调控，得到了研究者的关注并迅速发展。早期关于功能可重构电磁超结构的研究，集中于反射与吸收两种功能切换研究，仅具备一种隐身状态，另一状态表现为强反射。最近，也出现在两种隐身状态下切换的研究设计，但存在两种隐身状态工作频带不统一、带宽窄和尺寸过大等问题，不满足固定频段内的宽带隐身需求；同时，过大的单元尺寸会导致周期性超结构栅瓣问题。

综上，现有技术存在的问题是，目前常见的超结构隐身技术可以实现特定环境下的隐身需求，但功能单一的隐身方案存在应用场景的限制。多功能可切换隐身技术可以针对不同的战场环境，在不改变结构外形的基础上选择不同的隐身策略，在日益复杂的电磁探测环境下显现出了显著的优势。但目前的隐身功能切换的研究存在切换状态工作频段不统一、工作带宽窄等问题。因此，设计出一种应用于雷达目标截面积缩减的超结构，既能实现在两种不同隐身状态的灵活切换，也能保证两种隐身状态的宽频特性且工作频带相同，是当前隐身超结构设计的重点与难点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于雷达散射截面积缩减的功能可重构电磁超结构，其目的在于解决目前的隐身功能切换的研究存在切换状态工作频段不统一、工作带宽窄的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于雷达散射截面积缩减的功能可重构电磁超结构，包括：多组功能子阵列；多组功能子阵列的排布方式满足干涉相消原则；功能子阵列包括多组周期性排布的基础单元；基础单元包括X方向介质基板、Y方向介质基板和金属反射板；X方向介质基板和Y方向介质基板设置于金属反射板上，均采用弯折金属带作为谐振结构；