【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新型人工電磁超表面領域，涉及一種吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，尤其涉及一種基于損耗介質的電磁波吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面。
技術介紹
1、超表面具有巨大的波束操縱能力，包括將平面波反射和折射到異常方向。這需要在超表面的每個周期中精心設計的亞波長超單元，其保證到期望的floquet-bloch模式的單一耦合，或者等效地，抑制到其他模式的耦合。在更多復雜的應用環境下，如平板結構、大圓錐體結構、罩體結構、機翼前緣等，對雷達截面(rcs)縮減有著廣泛的應用需求。因此，需要開發新型的電磁材料和設計策略，以實現更高效、更隱蔽的電磁波控制，從而在現代戰爭中獲得戰術優勢。
2、為了提高波束異常偏轉的效率，獲得更大的結構設計自由度，因此引入了倏逝波的概念。倏逝波(evanescent?wave)，是一種在介質界面處產生的特殊電磁波。當光波從光密介質入射到光疏介質時，如果入射角大于臨界角，會發生全反射現象。此時，雖然光波不能穿透兩種介質的臨界面，但沿著臨界面平行方向會產生一種光波，其電場及磁場的復振幅隨著遠離臨界面的距離增大而指數級減小，這部分光波就是倏逝波。倏逝波的特點是振幅隨與分界面垂直的深度呈指數衰減，而沿切線方向改變相位，因此它也是一種表面波。倏逝波是近場的，其強度隨著距離的增加而指數衰減，沒有被吸收，其解是距邊界的距離的函數。倏逝波可以在光學、電磁輻射、聲學、機械波等多種情況下產生。
3、電磁超表面是由周期性排列的單元結構組成的人工微結構，每個單元結構都可以對入射光波進行局部的相位和幅度調制
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于損耗介質的電磁波吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，可實現電磁波的吸收-偏轉一體化，可用于雷達隱身、隱身雷達天線罩、數字成像等領域。
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、一種吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，整體結構包括四層，從上到下分別是第一介質層、損耗介質圖案層、第二介質層、反射層。所述的損耗介質圖案層是周期排列的損耗介質圖案，每個周期由4～16種基本單元圖案沿x方向依次排布形成，每個基本單元圖案中包含1～6個子陣單元沿x方向均勻排布，所述基本單元圖案為關于x、y軸均軸對稱圖形，各子陣單元可以是工字形、長方形、十字形、h形等任意的關于x、y軸均軸對稱圖形，所述4～16種基本單元圖案按照所需的阻抗規則排布以激發倏逝波模式吸收旁瓣電磁波和雜波，所述的超表面可以使反射的電磁波能量耦合在期望的異常偏轉方向，實現對電磁波的吸收和偏轉反射，并且吸收和偏轉的效率超過80％。
4、進一步的，所述周期中各基本單元圖案長寬尺寸相同沿x方向依次連接，每個基本單元圖案中的子陣單元均勻排布，所述損耗介質圖案層形成平面或者曲面；所述的阻抗規則具體為基于傳輸線理論得到每層的傳遞矩陣，基于傳輸線理論得到四層結構每層各自的傳遞矩陣，再根據預先確定的期望條件計算得到對應的散射矩陣，基于電磁邊界條件，損耗介質圖案層的傳遞矩陣由多通道導納矩陣構成，使基本單元圖案滿足基于導納轉換的阻抗規則排布，即可激發出適當的倏逝波模式，實現對電磁波高效的吸收和偏轉反射。
5、進一步的，所述損耗介質圖案層為損耗材料，材質可以是炭黑電阻膜、碳納米管電阻膜、石墨烯電阻膜、石墨電阻膜、銀納米線電阻膜、氧化銦錫及其摻雜物的電阻膜中的一種或幾種，其方阻為0.5～200ω·sq-1；所述的反射層為導電材料，材質可以是金、銀、銅、鋁、氧化鋅鋁、納米銀線、氧化銦錫中的一種或幾種。
6、進一步的，所述的第一介質層和第二介質層的厚度為1～8mm，其介電常數為2～5。其材料可以為二氧化硅、環氧樹脂、氰酸酯樹脂、酚醛樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、石英玻璃、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯中的一種或幾種，或者這些材料與玻璃纖維、石英纖維、凱夫拉纖維做成的復合材料。
7、本專利技術的有益效果為：
8、本專利技術提供了一種基于損耗介質的電磁波吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，相比于其他電磁超材料，它具有結構簡單、加工工藝成熟和隱身性能等優點，理論和實驗均證實該超表面通過產生適當的倏逝波模式，這極大地提高了對電磁波調控的效率，良好的吸波性能來源于組成多層超表面不同介質之間的阻抗匹配，因其電學和磁學性能、對特定頻率電磁波的吸收能力對電磁波進行大部分的吸收從而大大增加了效率，結合阻抗排布使得超表面產生突變相位，從而實現異常偏轉的效果，這減少了鏡面反射和后向散射并且降低了雙站rcs。本專利技術的超表面可以實現對電磁波吸收和偏轉一體化，并且吸收和偏轉的效率超過80％。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，包括自上而下依次設置的第一介質層、損耗介質圖案層、第二介質層、反射層，所述損耗介質圖案層是周期排列的損耗介質圖案，每個周期由4～16種基本單元圖案沿x方向依次排布形成，每種基本單元圖案中含有1～6個子陣單元沿x方向均勻排布，所述基本單元圖案為關于x、y軸均軸對稱圖形；所述4～16種基本單元圖案按照所需阻抗規則排布以激發倏逝波模式吸收旁瓣電磁波和雜波，同時實現對電磁波的吸收和偏轉反射，吸收和偏轉的效率超過80％。
2.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述的阻抗規則具體為，在確定第一介質層、損耗介質圖案層、第二介質層、反射層的條件下，基于傳輸線理論得到四層結構每層各自的傳遞矩陣，再根據預先確定的期望條件計算得到對應的散射矩陣，基于電磁邊界條件，損耗介質圖案層的傳遞矩陣由多通道導納矩陣構成，使基本單元圖案滿足基于導納轉換的阻抗規則排布，激發出適當的倏逝波模式，實現對電磁波高效的吸收和偏轉反射。
3.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述周期中各
4.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述損耗介質圖案層為平面或者曲面。
5.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述的子陣單元為任意的關于x、y軸均軸對稱的圖形。
6.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述的第一介質層和第二介質層的材料，其介電常數為2～5；其材料為二氧化硅、環氧樹脂、氰酸酯樹脂、酚醛樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、石英玻璃、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯中的一種或幾種，或者這些材料中一種或幾種與玻璃纖維、石英纖維、凱夫拉纖維中的一種或多種做成的復合材料。
7.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述的損耗介質圖案層的材料為炭黑電阻膜、碳納米管電阻膜、石墨烯電阻膜、石墨電阻膜、銀納米線電阻膜、氧化銦錫及其摻雜物的電阻膜中的一種或幾種，其方阻為0.5～200Ω·sq-1。
8.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述的第一介質層和第二介質層的厚度為1～8mm，其介電常數為2～5。
...【技術特征摘要】
1.一種吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，包括自上而下依次設置的第一介質層、損耗介質圖案層、第二介質層、反射層，所述損耗介質圖案層是周期排列的損耗介質圖案，每個周期由4～16種基本單元圖案沿x方向依次排布形成，每種基本單元圖案中含有1～6個子陣單元沿x方向均勻排布，所述基本單元圖案為關于x、y軸均軸對稱圖形；所述4～16種基本單元圖案按照所需阻抗規則排布以激發倏逝波模式吸收旁瓣電磁波和雜波，同時實現對電磁波的吸收和偏轉反射，吸收和偏轉的效率超過80％。
2.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述的阻抗規則具體為，在確定第一介質層、損耗介質圖案層、第二介質層、反射層的條件下，基于傳輸線理論得到四層結構每層各自的傳遞矩陣，再根據預先確定的期望條件計算得到對應的散射矩陣，基于電磁邊界條件，損耗介質圖案層的傳遞矩陣由多通道導納矩陣構成，使基本單元圖案滿足基于導納轉換的阻抗規則排布，激發出適當的倏逝波模式，實現對電磁波高效的吸收和偏轉反射。
3.根據權利要求1所述的吸收-偏轉一體化的多層電磁超表面，其特征在于，所述周期中各基本單元圖案長寬尺寸相同沿x方向依次連接，每個基本單元圖案中的子...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李旺昌，章接，車聲雷，應耀，余靚，喬梁，李涓，鄭精武，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。