一種寬角度極化不敏感的低rcs超材料吸波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬角度極化不敏感的低雷達(dá)散射截面(RCS)超材料吸波器，該系統(tǒng)適用于大幅度降低目標(biāo)回波，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)隱身等特性。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代超寬帶、超視距雷達(dá)技術(shù)水平的發(fā)展，雷達(dá)目標(biāo)的存活、突防能力已受到嚴(yán)重威脅。為了迅速提高雷達(dá)目標(biāo)的低可探測性，人們就各種目標(biāo)隱身技術(shù)進(jìn)行了深入研宄，實(shí)現(xiàn)隱身的關(guān)鍵是最大程度地降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(RCS)。
[0003]為此，研宄人員進(jìn)行了大量的研宄并提出了幾種有效的方法。目前降低RCS的基本途徑主要有以下三種:直接吸收入射波，抵消由目標(biāo)產(chǎn)生的電磁場和引導(dǎo)入射波繞目標(biāo)傳播。直接吸收入射電磁波是目標(biāo)隱身中最基本也是應(yīng)用最為廣泛的方法。最早的雷達(dá)吸波材料是Salisbury吸收層，后發(fā)明了希爾伯特曲線吸波材料，但是它們的尺寸較大、結(jié)構(gòu)太厚，不利于滿足小型化的需求。近年來，基于超材料的吸波器被提出來，并引起了廣泛關(guān)注。2008 年 Landy [Landy N I, Sajuyigbe S，Mock J J, et al.Perfect metamaterialabsorber, Physical Review Letters, 2008, 100(20):207402.]等人提出基于超材料的完美吸波體，但是這種超材料吸波器對入射角和極化敏感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對目標(biāo)的隱身問題，提出一種寬角度極化不敏感的超材料吸波器，并將其應(yīng)用于RCS減縮，該超材料吸波器結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、結(jié)構(gòu)簡單。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明的一種寬角度極化不敏感的低RCS超材料吸波器，該吸波器由一個(gè)以上的基本單元組成，一個(gè)基本單元包括金屬地板、FR4介質(zhì)基板和旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)；FR4介質(zhì)基板固定在金屬地板的上面，旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)固定在FR4介質(zhì)基板的上面；雙開口諧振環(huán)包括一個(gè)外層開口諧振環(huán)和內(nèi)層開口諧振環(huán)；
[0007]該基本單元的透射系數(shù)為O ;
[0008]基本單元在9.85GHz頻點(diǎn)處的反射系數(shù)為_20.35dB ；
[0009]基本單元的吸波率為98.8%，達(dá)到完美吸波效果；
[0010]吸波器在頻段內(nèi)RCS減縮量最大可達(dá)12.35dB。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明具有排列緊湊和對入射角度、對極化不敏感的特性，超材料吸波器在9.85GHz垂直入射吸收峰值為98.8% ;
[0013]入射波在±60°范圍內(nèi)，其吸波率在9.85GHz均大于75% ；
[0014]可以吸收±60°范圍內(nèi)的TE、TM極化入射波，實(shí)現(xiàn)X波段內(nèi)RCS最大減縮量達(dá)
12.35dB，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)的有效隱身。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的超材料單元的特性阻抗參數(shù)；
[0017]圖3(a)是本發(fā)明的超材料吸波器TE模式任意角度入射吸波率；
[0018]圖3(b)是本發(fā)明的超材料吸波器TM模式任意角度入射吸波率；
[0019]圖4(a)是本發(fā)明的50mmX50mm超材料吸波器與等大尺寸金屬平板TE模式激勵(lì)下的單站RCS ；
[0020]圖4 (b)是本發(fā)明的50mm X 50mm超材料吸波器與等大尺寸金屬平板TM模式激勵(lì)下的單站RCS ；
[0021]圖5是本發(fā)明的50mmX 50mm超材料陣與等尺寸金屬平板在9.74GHz的TM模式激勵(lì)下各角度的RCS;
[0022]圖6為實(shí)施例中的吸波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0024]實(shí)施例
[0025]一種寬角度極化不敏感的低RCS超材料吸波器，如圖6所示，該吸波器由1X 10個(gè)基本單元組成，一個(gè)基本單元包括金屬地板、FR4介質(zhì)基板和旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)，F(xiàn)R4介質(zhì)基板粘接在金屬地板的上面，旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)粘接在FR4介質(zhì)基板的上面；雙開口諧振環(huán)包括一個(gè)外層開口諧振環(huán)和內(nèi)層開口諧振環(huán)；金屬地板為金屬銅板；
[0026]旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示；
[0027]FR4介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4.4，厚度h = 0.8mm，外層開口諧振環(huán)邊長I =
2.22mm，金屬線寬w = 2mm，雙開口諧振環(huán)間距d = 0.2mm，外層開口諧振環(huán)和內(nèi)層開口諧振環(huán)的開口距離均為g = 0.3mm，一個(gè)基本單元的邊長a = 5mm。
[0028]對上述的吸波器進(jìn)行特性阻抗的參數(shù)提取、吸波率參數(shù)的提取和單站RCS的仿真；
[0029]吸波器的基本單元在9?IlGHz范圍內(nèi)的特性阻抗參數(shù)的提取的結(jié)果如圖2所示，由圖2可知，在9.85GHz阻抗實(shí)部的提取值為0.85，虛部為-0.167，表明在該頻點(diǎn)與空氣匹配良好。
[0030]不同角度TE模式電磁波入射超材料吸波器基本單元的吸波率如圖3 (a)所示。由圖3 (a)可知，在9.85GHz吸波率為98.8%，在9.68?10.03GHz范圍內(nèi)吸波率在50%以上，即半功率吸波相對帶寬為3.6%。在±60°范圍內(nèi)，吸波率均在80%以上。
[0031]不同角度TM模式電磁波入射超材料吸波器的基本單元的吸波率如圖3 (b)所示，由圖3 (b)可知，在9.85GHz吸波率為98.7 %，在9.68?10.03GHz范圍內(nèi)吸波率在50 %以上，即半功率吸波相對帶寬為3.6%。在±60°范圍內(nèi)，吸波率均在75%以上。
[0032]圖4(a)是本發(fā)明的超材料吸波器與同樣大小尺寸的金屬銅板在9?IlGHz范圍內(nèi)在O度TE模式電磁波入射的RCS。在9.7GHz處超材料吸波器RCS相對于同樣大小尺寸的金屬銅板的RCS減縮達(dá)8.17dB。圖4(b)是本發(fā)明的超材料吸波器與同樣大小尺寸的金屬銅板在9?IlGHz范圍內(nèi)在O度TM模式電磁波入射的RCS?？梢园l(fā)現(xiàn)，在9.74GHz處RCS減縮量達(dá)12.35dB。
[0033]圖5是本發(fā)明的超材料吸波器與同樣大小尺寸的金屬銅板在9.74GHz入射波在-75°?75°范圍內(nèi)TM模式電磁波入射的RCS?？梢钥闯鲈凇?5°范圍內(nèi)和±30°入射時(shí)均有明顯的RCS減縮效果。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限定，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實(shí)例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種寬角度極化不敏感的低RCS超材料吸波器，其特征在于:該吸波器由一個(gè)以上的基本單元組成，一個(gè)基本單元包括金屬地板、FR4介質(zhì)基板和旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)，F(xiàn)R4介質(zhì)基板固定在金屬地板的上面，旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)固定在FR4介質(zhì)基板的上面；雙開口諧振環(huán)包括一個(gè)外層開口諧振環(huán)和內(nèi)層開口諧振環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬角度極化不敏感的低RCS超材料吸波器，其特征在于:介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4.4，厚度h = 0.8mm，外層開口諧振環(huán)邊長1 = 2.22mm，金屬線寬w=2mm，基本單元的邊長a = 5mm，雙開口諧振環(huán)間距d = 0.2_，開口距離g = 0.3_。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寬角度極化不敏感的低雷達(dá)散射截面(RCS)超材料吸波器，該系統(tǒng)適用于大幅度降低目標(biāo)回波，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)隱身特性。該吸波器的基本單元是由旋轉(zhuǎn)對稱的四個(gè)雙開口諧振環(huán)組成，在工作頻帶內(nèi)該超材料單元的透射數(shù)為0，反射系數(shù)最小為-18.75dB，吸波率最大為98.8％，達(dá)到完美吸波效果。本發(fā)明可以吸收±60°范圍內(nèi)的TE、TM極化入射波，在工作頻帶內(nèi)RCS最大減縮量可達(dá)12.35dB，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)的有效隱身。
【IPC分類】H01Q17-00
【公開號】CN104682013
【申請?zhí)枴緾N201510067717
【發(fā)明人】司黎明, 馮佳琦, 張慶樂, 胡偉東, 金宇婷, 呂昕
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月9日