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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

李勇峰 张介秋 屈绍波 王甲富 陈红雅 徐卓 张安学

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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

李勇峰, 张介秋, 屈绍波, 王甲富, 陈红雅, 徐卓, 张安学

Design and experimental verification of a two-dimensional phase gradient metasurface used for radar cross section reduction

Li Yong-Feng, Zhang Jie-Qiu, Qu Shao-Bo, Wang Jia-Fu, Chen Hong-Ya, Xu Zhuo, Zhang An-Xue
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  • 针对相位梯度超表面在隐身技术中的应用,提出通过表面波耦合和异常反射两种机制复合实现宽频带后向雷达散射截面(RCS)缩减. 采用开口谐振环进行相位梯度设计,实现了一种二维极化无关相位梯度超表面,在10 GHz 附近,超表面通过将垂直入射电磁波耦合为表面波实现RCS缩减,而在大于11 GHz的频率范围内,相位分布的不均匀性使垂直入射的电磁波发生漫反射或者异常反射,降低后向RCS. 制作了厚度为2 mm 的超表面样品,测试了其反射率曲线和后向RCS,并与相同尺寸的金属板进行了对比. 实验结果表明,在宽频段内(9.5–17.0 GHz),超表面在垂直入射情况下可将后向RCS 缩减至少10 dB. 由于厚度薄、重量轻、频带宽,RCS 缩减超表面在隐身新材料和新技术方面具有很大的应用潜力.
    Dealing with potential applications of phase gradient metasurfaces in stealth technologies, we propose to realize wide-band radar cross section (RCS) reduction by combining the two mechanisms of surface wave generation and anomalous reflection. A two-dimensional phase gradient based metasurface is designed using split-ring resonators. Around the designed central frequency f=10 GHz, the incident waves are coupled into surface waves propagating along the metasurface. While at the frequency band f>11 GHz, anomalous reflection and diffuse reflection occur. In this way, wide-band RCS reduction can be realized. A test sample with a total thickness of 2 mm is fabricated and its reflection and backward RCS are measured and compared with those of bare metallic plate with the same size. The comparison shows that the metasurface achieves more than 10 dB reduction in the measured wide range (9.5-17.0 GHz). The metasurface is a polarization independent, electrically thin, light-weight and wide-band, so it is of great application values in novel stealth technologies and materials.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61331005,11204378,11274389,11304393,61302023)、中国博士后科学基金(批准号:2013M532131,2013M532221)和陕西省基础研究计划(批准号:2011JQ8031,2013JM6005)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grants Nos. 61331005, 11204378, 11274389, 11304393, 61302023), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant Nos. 2013M532131, 2013M532221), and the Fundamental Research Project of Shaanxi Province, China (Grant Nos. 2011JQ8031, 2013JM6005).
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-11-27
  • 修回日期:  2014-01-24
  • 刊出日期:  2014-04-05

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

  • 1. 空军工程大学理学院, 西安 710051;
  • 2. 西安交通大学, 电子陶瓷与器件教育部重点实验室, 西安 710049;
  • 3. 西安交通大学电子信息工程学院, 西安 710049
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61331005,11204378,11274389,11304393,61302023)、中国博士后科学基金(批准号:2013M532131,2013M532221)和陕西省基础研究计划(批准号:2011JQ8031,2013JM6005)资助的课题.

摘要: 针对相位梯度超表面在隐身技术中的应用,提出通过表面波耦合和异常反射两种机制复合实现宽频带后向雷达散射截面(RCS)缩减. 采用开口谐振环进行相位梯度设计,实现了一种二维极化无关相位梯度超表面,在10 GHz 附近,超表面通过将垂直入射电磁波耦合为表面波实现RCS缩减,而在大于11 GHz的频率范围内,相位分布的不均匀性使垂直入射的电磁波发生漫反射或者异常反射,降低后向RCS. 制作了厚度为2 mm 的超表面样品,测试了其反射率曲线和后向RCS,并与相同尺寸的金属板进行了对比. 实验结果表明,在宽频段内(9.5–17.0 GHz),超表面在垂直入射情况下可将后向RCS 缩减至少10 dB. 由于厚度薄、重量轻、频带宽,RCS 缩减超表面在隐身新材料和新技术方面具有很大的应用潜力.

English Abstract

参考文献 (24)

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