一种圆扇形超宽带雷达散射截面缩减结构

技术领域

本发明涉及雷达通信领域，具体涉及一种圆扇形超宽带雷达散射截面缩减结构。

背景技术

雷达散射截面缩减(RCS)缩减在许多领域都有重要应用，特别是在军事隐身和天线设计方面。现有的一些RCS缩减技术，例如电磁带隙和高阻抗表面等，由于现有的RCS缩减技术存在单元结构复杂、RCS带宽较窄、介质板厚度大以及工作频带不能覆盖Ku、K波段等使其应用受到限制。

例如：发明专利：一种高精度低RCS的2bit编码超表面(申请号：CN202210722491.5)，提出的高精度低RCS的2bit编码超表面由4种超级子单元构成，每种超级子单元均由4个相同的子单元构成，但其单元结构比较复杂，加工制作实物有难度。

发明专利：一种超薄宽带RCS缩减编码电磁超表面(申请号：CN202210035426.5)，将多个宽频RCS缩减单元设置成棋盘格排列方式,完成了12-20GHz的频段内都有5dB以上的RCS缩减效果，但其设计存在缩减带宽窄，缩减性能不显著等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆扇形超宽带雷达散射截面缩减结构，所设计的圆扇形结构实现了13.7GHz-27.5GHz带宽内10dB以上的超宽带RCS缩减效果，缩减带宽更宽、性能更好。将超表面棋盘结构与编码理论巧妙地结合在一起，论证了能够通过人为调节超表面结构排布来操控电磁波散射波瓣，使其呈现出不同的形状特性及方向特性，结构参数简单更易调节，制作时更容易实现。

一种圆扇形超宽带雷达散射截面缩减结构，包括极化转换超表面单元；

所述极化转换超表面单元的正面设有不对称双箭头型超宽带极化转换结构；

所述不对称双箭头型超宽带极化转换结构的中间短截线长度l＝2.3mm，线宽w＝0.2mm,不对称双箭头型超宽带极化转换结构的上下侧箭头单边线长度l1和l2均为1.5mm，且上侧箭头的单边线与中间短截线之间的夹角α＝56°，下侧箭头的单边线与中间短截线之间的夹角β＝80°；

将极化转换超表面单元沿中心旋转90°得到其镜像单元，将极化转换超表面单元及其镜像单元排布成棋盘结构。

优选的，所述极化转换超表面单元及其镜像单元排布成圆盘形的棋盘结构，该圆盘形的结构由八条直线划分成八个扇形区域，相邻扇形区域由极化转换超表面单元及其镜像单元组成，沿着中心8条轴线的方向依次间隔排布开，最终排布成整体扇形超表面结构。

优选的，所述极化转换超表面单元的正面为正方形，边长p＝4mm，极化转换超表面单元的厚度为d＝1.5mm。

优选的，所述不对称双箭头型超宽带极化转换结构由铜制成。

优选的，所述极化转换超表面单元由两面铜片加中间衬底组成，该衬底选择介电常数ε＝2.2，损耗角正切tanδ＝0.001的F4B作为介质材料。

本发明的优点在于：

1、本发明所提出的结构具有单元结构简单、超带宽、厚度薄，能够有效实现电磁隐身；

2、设计了一种不对称双箭头型超宽带极化转换超表面(PCM)单元，其10dB以上的极化转换带宽为18.1GHz-32.7GHz，在这个超宽带内其极化转换率接近100％；

3、将超表面棋盘结构与编码理论巧妙地结合在一起，论证了能够通过人为调节超表面结构排布来操控电磁波散射波瓣，使其呈现出不同的形状特性及方向特性；

4、设计的新型PCM圆扇形结构可以在13.7GHz-27.5GHz内实现10dB以上的超宽带RCS缩减。

附图说明

图1为本发明中极化转换超表面单元的侧视图和正视图；

图2为本发明中的棋盘结构示意图；

图3为本发明中圆扇形结构示意图；

图4为本发明的17.5GHz远场散射模式仿真结果示意图；

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图4所示，本发明通过设计极化转换超表面基本单元结构构成周期结构单元，然后将单元结构进行周期排布，再结合极化转换超表面的棋盘结构和1比特编码两种机制组成复合型超表面后，实现了散射方向可人为调控的超宽带RCS减缩，在微波领域具有广泛的应用前景。与其他超表面相比，具有设计简单、单元尺寸小等优点，将扇形棋盘结构与编码的思想巧妙地结合在一起，能够在实现宽带RCS减缩的同时，还能人为调控反射波束的方向。

图1显示了所设计极化转换超表面单元的结构示意图。单元的具体几何参数为单元周期边长p＝4mm，中间短截线长度l＝2.3mm，线宽w＝0.2mm，箭头线长度l1和l2均为1.5mm，介质基板厚度d＝1.5mm，夹角α＝56°，β＝80°。不对称的双箭头形结构和背面的金属板均由铜制成。选择介电常数ε＝2.2，损耗角正切tanδ＝0.001的F4B作为介质衬底。

将所设计的极化转换超表面单元结构沿中心旋转90°得到其镜像单元，将该极化转换超表面单元及其镜像单元排布成棋盘结构，如图2所示。该棋盘结构10×10个PCM单元组成。

图3为单元的层叠图。数字“0”和“1”分别表示极化转换超表面单元及其镜像单元。将这些极化转换超表面单元及其镜像单元按照图3所示排布，整个圆盘由八条直线划分成八个扇形区域，相邻扇形区域由极化转换超表面单元及其镜像单元组成，沿着中心8条轴线的方向依次间隔排布开，最终排布成整体扇形超表面结构。

具体实施方式及原理：

选择介电常数ε＝2.2，损耗角正切tanδ＝0.001的F4B作为介质衬底，在该衬底两面贴上铜片，制成边长p＝4mm，极厚度为d＝1.5mm的矩形块作为极化转换超表面单元。

然后在极化转换超表面单元正面贴上不对称双箭头型超宽带极化转换结构，不对称双箭头型超宽带极化转换结构是由铜制成的薄片。

如图1所示，不对称双箭头型超宽带极化转换结构的中间短截线长度l＝2.3mm，线宽w＝0.2mm,不对称双箭头型超宽带极化转换结构的上下侧箭头单边线长度l1和l2均为1.5mm，且上侧箭头的单边线与中间短截线之间的夹角α＝56°，下侧箭头的单边线与中间短截线之间的夹角β＝80°。

如图3所示将极做好的化转换超表面单元沿中心旋转90°得到其镜像单元，将极化转换超表面单元及其镜像单元排布成圆盘形的棋盘结构。该圆盘形的结构由八条直线划分成八个扇形区域，相邻扇形区域由极化转换超表面单元及其镜像单元组成，沿着中心8条轴线的方向依次间隔排布开，最终排布成整体扇形超表面结构。

如图4显示了17.5GHz远场散射模式的模拟。可以看出，反射波在许多方向上像花瓣一样散射，这大大减小了主瓣的尺寸，从而有效地减少了后向散射。因此，将棋盘结构与编码超表面相结合的结构实现了电磁波的多方向散射。与随机编码结构相比，该结构可以更人为地控制电磁波散射的规律性，而随机散射的电磁波方向是无序的。

基于上述，本发明所设计的圆扇形结构实现了13.7GHz-27.5GHz带宽内10dB以上的超宽带RCS缩减效果，缩减带宽更宽、性能更好。将超表面棋盘结构与编码理论巧妙地结合在一起，论证了能够通过人为调节超表面结构排布来操控电磁波散射波瓣，使其呈现出不同的形状特性及方向特性，结构参数简单更易调节，制作时更容易实现。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。