【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及信號特征控制，特別涉及一種基于柱面共形超表面結構的回波增強器及其設計方法。
技術介紹
1、雷達回波增強器是一種用于增強雷達回波信號的設備，按激勵方式可分為有源回波增強器和無源回波增強器，無源回波增強器本身組成不包含輻射源，僅靠自身結構被動產生回波，其結構相對簡單、制作成本低、穩(wěn)定實用、反應時間短、機動性好。金屬圓柱作為一種典型的電磁散射體，當電磁波照射到柱面上時，能量會分布在各個方向，后向散射較弱。
2、因此，亟需提供一種基于柱面共形超表面結構的回波增強器及其設計方法。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術實施例提供了一種基于柱面共形超表面結構的回波增強器及其設計方法，能夠有效增強柱形散射體的后向散射。
2、第一方面，本專利技術實施例提供了一種基于柱面共形超表面結構的回波增強器，包括金屬圓柱體和若干個超表面單元；其中，超表面單元在所述金屬圓柱體側面呈周期性排列，所述超表面單元用于調控所述金屬圓柱體的電磁散射特性。
3、在一種可能的設計中，每個所述超表面單元均包括自下而上依次設置的金屬底板、介質層和金屬貼片；
4、所述金屬貼片包括十字形貼片以及分別位于十字形貼片開放端的四個圓弧貼片，每個圓弧貼片沿所述十字形貼片的中心相互對稱，以使所述金屬貼片呈類耶路撒冷結構。
5、在一種可能的設計中，以所述金屬圓柱體一個軸向面為對稱軸的兩個對稱曲面中，超表面單元中的金屬貼片均符合如下規(guī)律：
6、沿所述金屬圓柱體的軸向方向，
7、沿所述金屬圓柱體的徑向方向，包括至少兩列周期性排列的超表面單元，每一組超表面單元中的金屬貼片的尺寸參數(shù)不同，以使相鄰兩列的超表面單元之間形成電磁反射相位梯度。
8、在一種可能的設計中，所述金屬貼片的尺寸參數(shù)包括十字形貼片的厚度和長度、圓弧貼片的厚度、半徑和圓心角；其中，圓弧貼片的半徑為所述十字形貼片長度的二分之一。
9、在一種可能的設計中，所述金屬貼片的尺寸參數(shù)由圓弧貼片對應的圓心角和圓弧貼片的半徑控制；其中，所述圓弧貼片的弧長隨圓弧貼片的半徑和圓心角變化，圓弧貼片的寬度和十字形貼片的寬度均為定值。
10、第二方面，本專利技術實施例還提供一種上述第一方面任一項所述的基于柱面共形超表面結構的回波增強器的設計方法，包括：
11、(1)基于確定得到的回波增強器的目標頻率，設計超表面單元的周期長度、金屬底層和介質層的結構參數(shù)、金屬貼片的尺寸參數(shù)，以確定每個超表面單元在預設入射角域范圍內的反射相位覆蓋范圍；
12、(2)根據(jù)所述超表面單元的周期長度和所述金屬圓柱體的尺寸，沿所述金屬圓柱體的軸向方向對所述金屬圓柱體的側面區(qū)域進行劃分，得到若干個陣列排布的區(qū)域；
13、(3)利用廣義反射定律為指導對每個貼片區(qū)域的電磁反射相位梯度進行計算，以確定每個貼片區(qū)域中超表面單元中金屬貼片的結構參數(shù)；
14、(4)根據(jù)所述金屬貼片的結構參數(shù)和尺寸參數(shù)變化范圍，利用信賴域框架算法對超表面單元中金屬貼片的尺寸參數(shù)進行優(yōu)化，以確定每個貼片區(qū)域中所述金屬貼片的尺寸參數(shù)；
15、(5)基于確定好的每個貼片區(qū)域中所述金屬貼片的尺寸參數(shù)和結構參數(shù)，在每個貼片區(qū)域表面貼合所述超表面單元，以得到所述基于柱面共形超表面結構的回波增強器。
16、在一種可能的設計中，所述超表面單元中各層的結構參數(shù)包括金屬底層的材料和厚度，介質層的材料、厚度、介電常數(shù)和損耗角正切值。
17、在一種可能的設計中，所述金屬貼片的結構參數(shù)包括金屬貼片的尺寸種類和尺寸變化規(guī)律。
18、在一種可能的設計中，每個貼片區(qū)域中的電磁反射相位梯度通過如下公式確定得到：
19、
20、式中，f0為目標頻率，c為光速，θim為電磁波入射角度，ф為電磁反射相位梯度。
21、在一種可能的設計中，所述回波增強器在預設入射角域范圍0-60°內的反射相位覆蓋范圍超過360°。
22、本專利技術與現(xiàn)有技術相比至少具有如下有益效果：
23、本專利技術中，通過將回波增強器設計為金屬圓柱體，并在金屬圓柱體側面貼合呈周期性排布的超表面單元以進行電磁散射調控；在進行回波增強器結構設計時，結合幾何分區(qū)的思想將金屬圓柱體的表面近似為幾段平面，并結合相位梯度理論對金屬圓柱體的側面進行柱面共形陣列設計，同時利用優(yōu)化算法對超表面單元中的金屬貼片的尺寸參數(shù)進行優(yōu)化，將優(yōu)化后的不同尺寸金屬貼片組成陣列排布在金屬圓柱體側面上以滿足電磁散射調控。如此，可有效在柱體曲面載體上實現(xiàn)后向回波增強，并給一定角域內曲面結構的回波增強提供了解決方法。
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1.一種基于柱面共形超表面結構的回波增強器，其特征在于，包括金屬圓柱體和若干個超表面單元；其中，超表面單元在所述金屬圓柱體側面呈周期性排列，所述超表面單元用于調控所述金屬圓柱體的電磁散射特性。
2.根據(jù)權利要求1所述的回波增強器，其特征在于，每個所述超表面單元均包括自下而上依次設置的金屬底板、介質層和金屬貼片；
3.根據(jù)權利要求2所述的回波增強器，其特征在于，以所述金屬圓柱體一個軸向面為對稱軸的兩個對稱曲面中，超表面單元中的金屬貼片均符合如下規(guī)律：
4.根據(jù)權利要求2或3所述的回波增強器，其特征在于，所述金屬貼片的尺寸參數(shù)包括十字形貼片的厚度和長度、圓弧貼片的厚度、半徑和圓心角；其中，圓弧貼片的半徑為所述十字形貼片長度的二分之一。
5.根據(jù)權利要求3所述的回波增強器，其特征在于，所述金屬貼片的尺寸參數(shù)由圓弧貼片對應的圓心角和圓弧貼片的半徑控制；其中，所述圓弧貼片的弧長隨圓弧貼片的半徑和圓心角變化，圓弧貼片的寬度和十字形貼片的寬度均為定值。
6.一種根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的基于柱面共形超表面結構的回波增強器的設計方
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述超表面單元中各層的結構參數(shù)包括金屬底層的材料和厚度，介質層的材料、厚度、介電常數(shù)和損耗角正切值。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述金屬貼片的結構參數(shù)包括金屬貼片的尺寸種類和尺寸變化規(guī)律。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，每個貼片區(qū)域中的電磁反射相位梯度通過如下公式確定得到：
10.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述回波增強器在預設入射角域范圍0-60°內的反射相位覆蓋范圍超過360°。
...【技術特征摘要】
1.一種基于柱面共形超表面結構的回波增強器，其特征在于，包括金屬圓柱體和若干個超表面單元；其中，超表面單元在所述金屬圓柱體側面呈周期性排列，所述超表面單元用于調控所述金屬圓柱體的電磁散射特性。
2.根據(jù)權利要求1所述的回波增強器，其特征在于，每個所述超表面單元均包括自下而上依次設置的金屬底板、介質層和金屬貼片；
3.根據(jù)權利要求2所述的回波增強器，其特征在于，以所述金屬圓柱體一個軸向面為對稱軸的兩個對稱曲面中，超表面單元中的金屬貼片均符合如下規(guī)律：
4.根據(jù)權利要求2或3所述的回波增強器，其特征在于，所述金屬貼片的尺寸參數(shù)包括十字形貼片的厚度和長度、圓弧貼片的厚度、半徑和圓心角；其中，圓弧貼片的半徑為所述十字形貼片長度的二分之一。
5.根據(jù)權利要求3所述的回波增強器，其特征在于，所述金屬貼片的尺寸參數(shù)由圓弧貼...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：田麒，車永星，袁曉峰，李勝，李煥敏，朱超穎，張文林，劉甜甜，
申請(專利權)人：北京環(huán)境特性研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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