搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于电磁谐振分离的宽带低雷达截面超材料吸波体

杨欢欢 曹祥玉 高军 刘涛 李思佳 赵一 袁子东 张浩

基于电磁谐振分离的宽带低雷达截面超材料吸波体

杨欢欢, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 李思佳, 赵一, 袁子东, 张浩
PDF
导出引用
导出核心图
  • 基于超材料的电磁谐振特性, 设计、制作了一种极化无关的宽带低雷达散射截面 (radar cross section, RCS)超材料吸波体. 通过场分布和反演法分析了其吸波机理, 利用波导法和空间波法测试了其吸波率和RCS特性. 理论分析表明: 在平面波的作用下, 该吸波体对某一吸波频率在不同的位置分别提供电谐振和磁谐振, 对不同的吸波频率, 利用不同的介质层提供主要的能量损耗, 从而有效减弱了电磁耦合, 保证了宽频带的强吸收特性. 实验结果表明: 设计的三层结构吸波体吸波率达90%以上的带宽是单层结构的4.25倍, RCS减缩10 dB以上的带宽为5.1%, 其单元尺寸为0.17λ, 厚度仅为0.015λ. 该吸波体的低RCS特性还具有极化无关、宽入射角的特点, 且通过改变吸波体的夹层结构可以实现工作带宽的灵活调节.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 60671001, 61271100)、陕西省自然科学基础研究重点项目 (批准号: 2010JZ010)、中国博士后科学基金 (批准号: 2012T50878) 和陕西省自然科学基础研究项目 (批准号: SJ08-ZT06, 2012JM8003) 资助的课题.
    [1]

    Sievenpiper D, Zhang L J, Broas R F J, Alex’opolous N G, Yablonovitch E 1999 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 47 2059

    [2]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [3]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, Starr A F, Smith D R 2006 Science 314 977

    [4]

    Li W Q, Cao X Y, Gao J, Liu T, Yao X, Ma J J 2012 Acta Phys. Sin. 61 154102 (in Chinese) [李文强, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 姚旭, 马嘉俊 2012 物理学报 61 154102]

    [5]

    Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, Smith D R, Padilla W J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402

    [6]

    Huang L, Chowdhury D R, Ramani S, Reiten M T, Luo S N, Uaylor A J, Chen H T 2012 Opt. Lett. 37 154

    [7]

    Wang J, Chen Y T, Hao J M, Yan M, Qiu M 2011 J. Appl. Phys. 109 074510

    [8]

    Lin C H, Chern R L, Lin H Y 2011 Opt. Express 19 415

    [9]

    Liu T, Cao X Y, Gao J, Zheng Q Y, Li W Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 184101 (in Chinese) [刘涛, 曹祥玉, 高军, 郑秋容, 李文强 2012 物理学报 61 184101]

    [10]

    Yang H H, Cao X Y, Gao J, Liu T, Ma J J, Yao X, Li W Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 064103 (in Chinese) [杨欢欢, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 马嘉俊, 姚旭, 李文强 2013 物理学报 62 064103]

    [11]

    Li S J, Cao X Y, Gao J, Liu T, Yang H H, Li W Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 124101 (in Chinese) [李思佳, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 杨欢欢, 李文强 2013 物理学报 62 124101]

    [12]

    Tao H, Landy N I, Bingham C M 2008 Opt. Express 16 7181

    [13]

    Marcus D, Thomas K, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 79 033101

    [14]

    Luukkonen O, Filippo C, Agostino M, Sergei A T 2009 IEEE Trans. on Anten. and Propag. 57 3119

    [15]

    Wang B N, Koschny T, Soukoulis C M 2010 Phys. Optics 24 1

    [16]

    Landy N I, Bingham C M, Tyler T, Jokerst N, Smith D R, Padilla W J 2009 Phys. Rev. B 79 125104

    [17]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Xu Z, Ma H, Lin B Q, Bai P, Peng W D 2011 Acta Phys. Sin. 60 107801 (in Chinese) [顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓, 马华, 林宝勤, 柏鹏, 彭卫东 2011 物理学报 60 107801]

    [18]

    Lee J Y, Yoon Y J, Lim S J 2012 ETRI Journal 34 126

    [19]

    He X J, Wang Y, Wang J M, Gui T L 2011 Progress In Electromag. Research 115 381

    [20]

    Li H, Yuan L H, Zhou B, Shen X P, Cheng Q, Cui T J 2011 Journal of Applied Phys. 110 014909

    [21]

    Shen X P, Cui T J, Ye J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 058101 (in Chinese) [沈晓鹏, 崔铁军, 叶建祥 2012 物理学报 61 058101]

    [22]

    Su B, Gong B Y, Zhao X P 2012 Acta Phys. Sin. 61 144203 (in Chinese) [苏斌, 龚伯仪, 赵晓鹏 2012 物理学报 61 144203]

    [23]

    Li L, Yang Y, Liang C H 2011 J. Appl. Phys. 110 063702

    [24]

    Zhu B, Huang C, Feng Y 2010 Progress In Electromag. Research 24 121

    [25]

    Yang Y J, Huang Y J, Wen G J, Zhong J P, Sun H B, Gordon O 2012 Chin. Phys. B 21 038501

    [26]

    Zhu W R, Huang Y J, Rukhlenko I D, Wen G J and Premaratne M 2012 Opt. Express 20 6616

    [27]

    Luo H, Cheng Y Z, Gong R Z 2011 Eur. Phys. J. B 81 387

    [28]

    Luo H, Wang T, Gong R Z, Nie Y, Wang X 2011 Chin. Phys. Lett. 28 03420411

    [29]

    Ye Y Q, Jin Y, He S L 2009 Phys. Opt. 11 1

    [30]

    Bao S, Luo C R, Zhang Y P, Zhao X P 2010 Acta Phys. Sin. 59 3187 (in Chinese) [保石, 罗春荣, 张燕萍, 赵晓鹏 2010 物理学报 59 3187]

    [31]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Zhou H, Wang J 2010 Progress In Electromag. Research 17 171

    [32]

    Lee J Y, Lim S J 2011 Electro. Lett. 47 8

    [33]

    Huang Y J, Wen G J, Li J, Zhong J P, Wang P, Sun Y H, Gordon O, Zhu W R 2012 Chin. Phys. B 21 117801

    [34]

    Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617

    [35]

    Liu T, Cao X Y, Gao J, Zheng Q R, Li W Q, Yang H H 2013 IEEE Trans. on Anten. and Propag 61 2327

  • [1]

    Sievenpiper D, Zhang L J, Broas R F J, Alex’opolous N G, Yablonovitch E 1999 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 47 2059

    [2]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [3]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, Starr A F, Smith D R 2006 Science 314 977

    [4]

    Li W Q, Cao X Y, Gao J, Liu T, Yao X, Ma J J 2012 Acta Phys. Sin. 61 154102 (in Chinese) [李文强, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 姚旭, 马嘉俊 2012 物理学报 61 154102]

    [5]

    Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, Smith D R, Padilla W J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402

    [6]

    Huang L, Chowdhury D R, Ramani S, Reiten M T, Luo S N, Uaylor A J, Chen H T 2012 Opt. Lett. 37 154

    [7]

    Wang J, Chen Y T, Hao J M, Yan M, Qiu M 2011 J. Appl. Phys. 109 074510

    [8]

    Lin C H, Chern R L, Lin H Y 2011 Opt. Express 19 415

    [9]

    Liu T, Cao X Y, Gao J, Zheng Q Y, Li W Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 184101 (in Chinese) [刘涛, 曹祥玉, 高军, 郑秋容, 李文强 2012 物理学报 61 184101]

    [10]

    Yang H H, Cao X Y, Gao J, Liu T, Ma J J, Yao X, Li W Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 064103 (in Chinese) [杨欢欢, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 马嘉俊, 姚旭, 李文强 2013 物理学报 62 064103]

    [11]

    Li S J, Cao X Y, Gao J, Liu T, Yang H H, Li W Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 124101 (in Chinese) [李思佳, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 杨欢欢, 李文强 2013 物理学报 62 124101]

    [12]

    Tao H, Landy N I, Bingham C M 2008 Opt. Express 16 7181

    [13]

    Marcus D, Thomas K, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 79 033101

    [14]

    Luukkonen O, Filippo C, Agostino M, Sergei A T 2009 IEEE Trans. on Anten. and Propag. 57 3119

    [15]

    Wang B N, Koschny T, Soukoulis C M 2010 Phys. Optics 24 1

    [16]

    Landy N I, Bingham C M, Tyler T, Jokerst N, Smith D R, Padilla W J 2009 Phys. Rev. B 79 125104

    [17]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Xu Z, Ma H, Lin B Q, Bai P, Peng W D 2011 Acta Phys. Sin. 60 107801 (in Chinese) [顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓, 马华, 林宝勤, 柏鹏, 彭卫东 2011 物理学报 60 107801]

    [18]

    Lee J Y, Yoon Y J, Lim S J 2012 ETRI Journal 34 126

    [19]

    He X J, Wang Y, Wang J M, Gui T L 2011 Progress In Electromag. Research 115 381

    [20]

    Li H, Yuan L H, Zhou B, Shen X P, Cheng Q, Cui T J 2011 Journal of Applied Phys. 110 014909

    [21]

    Shen X P, Cui T J, Ye J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 058101 (in Chinese) [沈晓鹏, 崔铁军, 叶建祥 2012 物理学报 61 058101]

    [22]

    Su B, Gong B Y, Zhao X P 2012 Acta Phys. Sin. 61 144203 (in Chinese) [苏斌, 龚伯仪, 赵晓鹏 2012 物理学报 61 144203]

    [23]

    Li L, Yang Y, Liang C H 2011 J. Appl. Phys. 110 063702

    [24]

    Zhu B, Huang C, Feng Y 2010 Progress In Electromag. Research 24 121

    [25]

    Yang Y J, Huang Y J, Wen G J, Zhong J P, Sun H B, Gordon O 2012 Chin. Phys. B 21 038501

    [26]

    Zhu W R, Huang Y J, Rukhlenko I D, Wen G J and Premaratne M 2012 Opt. Express 20 6616

    [27]

    Luo H, Cheng Y Z, Gong R Z 2011 Eur. Phys. J. B 81 387

    [28]

    Luo H, Wang T, Gong R Z, Nie Y, Wang X 2011 Chin. Phys. Lett. 28 03420411

    [29]

    Ye Y Q, Jin Y, He S L 2009 Phys. Opt. 11 1

    [30]

    Bao S, Luo C R, Zhang Y P, Zhao X P 2010 Acta Phys. Sin. 59 3187 (in Chinese) [保石, 罗春荣, 张燕萍, 赵晓鹏 2010 物理学报 59 3187]

    [31]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Zhou H, Wang J 2010 Progress In Electromag. Research 17 171

    [32]

    Lee J Y, Lim S J 2011 Electro. Lett. 47 8

    [33]

    Huang Y J, Wen G J, Li J, Zhong J P, Wang P, Sun Y H, Gordon O, Zhu W R 2012 Chin. Phys. B 21 117801

    [34]

    Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617

    [35]

    Liu T, Cao X Y, Gao J, Zheng Q R, Li W Q, Yang H H 2013 IEEE Trans. on Anten. and Propag 61 2327

  • [1] 李思佳, 曹祥玉, 高军, 郑秋容, 赵一, 杨群. 低雷达散射截面的超薄宽带完美吸波屏设计研究. 物理学报, 2013, 62(19): 194101. doi: 10.7498/aps.62.194101
    [2] 杨欢欢, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 马嘉俊, 姚旭, 李文强. 基于超材料吸波体的低雷达散射截面微带天线设计. 物理学报, 2013, 62(6): 064103. doi: 10.7498/aps.62.064103
    [3] 李文强, 曹祥玉, 高军, 赵一, 杨欢欢, 刘涛. 基于超材料吸波体的低雷达散射截面波导缝隙阵列天线. 物理学报, 2015, 64(9): 094102. doi: 10.7498/aps.64.094102
    [4] 王莹, 程用志, 聂彦, 龚荣洲. 基于集总元件的低频宽带超材料吸波体设计与实验研究. 物理学报, 2013, 62(7): 074101. doi: 10.7498/aps.62.074101
    [5] 郭飞, 杜红亮, 屈绍波, 夏颂, 徐卓, 赵建峰, 张红梅. 基于磁/电介质混合型基体的宽带超材料吸波体的设计与制备. 物理学报, 2015, 64(7): 077801. doi: 10.7498/aps.64.077801
    [6] 鲁磊, 屈绍波, 施宏宇, 张安学, 夏颂, 徐卓, 张介秋. 宽带透射吸收极化无关超材料吸波体. 物理学报, 2014, 63(2): 028103. doi: 10.7498/aps.63.028103
    [7] 李思佳, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 杨欢欢, 李文强. 宽带超薄完美吸波体设计及在圆极化倾斜波束天线雷达散射截面缩减中的应用研究. 物理学报, 2013, 62(12): 124101. doi: 10.7498/aps.62.124101
    [8] 周璐, 赵国忠, 李晓楠. 基于双开口谐振环超表面的宽带太赫兹涡旋光束产生. 物理学报, 2019, 68(10): 108701. doi: 10.7498/aps.68.20182147
    [9] 宁仁霞, 鲍婕, 焦铮. 基于石墨烯超表面的宽带电磁诱导透明研究. 物理学报, 2017, 66(10): 100202. doi: 10.7498/aps.66.100202
    [10] 顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓, 柏鹏, 彭卫东, 林宝勤. 基于磁谐振器加载的宽频带超材料吸波体的设计. 物理学报, 2011, 60(8): 087801. doi: 10.7498/aps.60.087801
    [11] 王雯洁, 王甲富, 闫明宝, 鲁磊, 马华, 屈绍波, 陈红雅, 徐翠莲. 基于多阶等离激元谐振的超薄多频带超材料吸波体. 物理学报, 2014, 63(17): 174101. doi: 10.7498/aps.63.174101
    [12] 李勇峰, 张介秋, 屈绍波, 王甲富, 陈红雅, 徐卓, 张安学. 宽频带雷达散射截面缩减相位梯度超表面的设计及实验验证. 物理学报, 2014, 63(8): 084103. doi: 10.7498/aps.63.084103
    [13] 闫昕, 梁兰菊, 张雅婷, 丁欣, 姚建铨. 基于编码超表面的太赫兹宽频段雷达散射截面缩减的研究. 物理学报, 2015, 64(15): 158101. doi: 10.7498/aps.64.158101
    [14] 杨利霞, 沈丹华, 施卫东. 三维时变等离子体目标的电磁散射特性研究. 物理学报, 2013, 62(10): 104101. doi: 10.7498/aps.62.104101
    [15] 鲁磊, 屈绍波, 马华, 余斐, 夏颂, 徐卓, 柏鹏. 基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体. 物理学报, 2013, 62(10): 104102. doi: 10.7498/aps.62.104102
    [16] 李文强, 曹祥玉, 高军, 郑月军, 杨欢欢, 李思佳, 赵一. 共享孔径人工电磁媒质设计及其在高增益低雷达散射截面天线中的应用. 物理学报, 2015, 64(5): 054101. doi: 10.7498/aps.64.054101
    [17] 程用志, 王莹, 聂彦, 郑栋浩, 龚荣洲, 熊炫, 王鲜. 基于电阻型频率选择表面的低频宽带超材料吸波体的设计. 物理学报, 2012, 61(13): 134102. doi: 10.7498/aps.61.134102
    [18] 张光甫, 袁乃昌, 刘少斌. 等离子体覆盖立方散射体目标雷达散射截面的时域有限差分法分析. 物理学报, 2004, 53(8): 2633-2637. doi: 10.7498/aps.53.2633
    [19] 朱艳菊, 江月松, 华厚强, 张崇辉, 辛灿伟. 热防护层覆盖弹体目标雷达散射截面的修正的等效电流近似法和图形计算电磁学法分析. 物理学报, 2014, 63(24): 244101. doi: 10.7498/aps.63.244101
    [20] 郑月军, 高军, 曹祥玉, 郑秋容, 李思佳, 李文强, 杨群. 一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线. 物理学报, 2014, 63(22): 224102. doi: 10.7498/aps.63.224102
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  974
  • PDF下载量:  749
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-31
  • 修回日期:  2013-06-28
  • 刊出日期:  2013-11-05

基于电磁谐振分离的宽带低雷达截面超材料吸波体

  • 1. 空军工程大学信息与导航学院, 西安 710077
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 60671001, 61271100)、陕西省自然科学基础研究重点项目 (批准号: 2010JZ010)、中国博士后科学基金 (批准号: 2012T50878) 和陕西省自然科学基础研究项目 (批准号: SJ08-ZT06, 2012JM8003) 资助的课题.

摘要: 基于超材料的电磁谐振特性, 设计、制作了一种极化无关的宽带低雷达散射截面 (radar cross section, RCS)超材料吸波体. 通过场分布和反演法分析了其吸波机理, 利用波导法和空间波法测试了其吸波率和RCS特性. 理论分析表明: 在平面波的作用下, 该吸波体对某一吸波频率在不同的位置分别提供电谐振和磁谐振, 对不同的吸波频率, 利用不同的介质层提供主要的能量损耗, 从而有效减弱了电磁耦合, 保证了宽频带的强吸收特性. 实验结果表明: 设计的三层结构吸波体吸波率达90%以上的带宽是单层结构的4.25倍, RCS减缩10 dB以上的带宽为5.1%, 其单元尺寸为0.17λ, 厚度仅为0.015λ. 该吸波体的低RCS特性还具有极化无关、宽入射角的特点, 且通过改变吸波体的夹层结构可以实现工作带宽的灵活调节.

English Abstract

参考文献 (35)

目录

    /

    返回文章
    返回