基于亚波长结构的微波散射动态调控技术研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:baobeicucu
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电磁散射特征调控技术的关键在于对物体散射波的灵活控制,亚波长结构作为一种新奇的人工电磁材料,为电磁散射调控提供了强有力的工具。从神奇的隐身衣,到发展已久的RCS(Radar Cross Section,雷达散射截面)缩减材料,都少不了亚波长结构的身影。尤其是近年来出现的超构表面,因其设计简单、容易加工且具有低剖面的优点,在电磁散射调控领域潜力巨大。但此类散射调控器件仍存在诸多瓶颈需要克服,比如带宽较窄、仅限于静态响应、功能单一等。针对如上问题,本文主要围绕亚波长结构的散射调控技术展开研究,着重研究可重构技术和宽带技术在地毯式隐身衣、平面RCS缩减器件以及散射通信兼容材料等领域的实现途径和应用方法,主要研究工作分为以下三个部分:1、针对目前超薄地毯式隐身衣带宽较窄的限制,利用堆叠结构实现跨频段的高效率独立位相控制,构造出了一种同时工作在6.1GHz和10.2GHz两个频段的双频地毯式隐身衣,并实现了不同物体的电磁外形赋型。另外,创新性的提出了一种可以实现电磁幻象可重构的动态隐身地毯,通过引入加载变容二极管的可调超构表面,在不改变地毯物理外形的情况下,仅仅通过电压控制,可以使隐身地毯模拟出不同形状物体的电磁散射外形,显著扩充了现有电磁散射调控技术的应用范围。2、针对目前基于散射型超构表面的RCS缩减平面器件带宽有限的问题,一是引入不同维度的混合单元结合PSO算法实现了接近110%的10dB RCS缩减相对带宽,所设计超构表面具有极化无关特性和较好的角度适应性,且材料总厚度仅有0.09倍波长。二者将散射机制和吸波机制相融合,利用PIN二极管和变容二极管协同工作的方式,通过不同的电压配置,实现了动态可调的宽带超构表面,最终实现了3.5-12GHz的RCS缩减。3、为了兼顾散射调控和通信功能,提出了一种基于级联超构表面的全空间电磁器件,可以同时控制透射波和反射波。通过集成谐振相位结构和几何相位调控,在X波段实现了对线极化反射波的相位调控,验证了其波束偏折现象和极化无关特性,同时在C波段实现了对透射圆极化波前的重塑,并实现了预设的偏转角。此外还设计出了一种基于石墨烯的动态一体化超构天线罩,通过电压调控,可以实现5-15GHz频带内的吸波幅度可调。在吸波调控的同时,该结构可以在高频保留一个相对带宽大于10%的透波窗口,实现了天线的高效透波。此设计为实现动态的伪装通信一体化系统提供了可行途径。
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