一种基于有源频率选择表面的RCS可控的龙伯透镜反射器的制作方法

本发明涉及电磁场与微波技术领域，尤其涉及一种基于有源频率选择表面的rcs可控的龙伯透镜反射器。

背景技术：

雷达散射截面（rcs）是度量目标对雷达波散射能力的一个物理量，定义为：单位立体角内目标朝接收方向散射的功率与从给定方向入射与该目标的平面波功率密度之比的4π倍。随着雷达探测和隐身技术的发展，军用和民用中有时都需要增强rcs，龙伯透镜反射器就可以用来增强目标rcs，它是最常见的无源rcs增强器，使用寿命长，应用广。龙伯透镜反射器由龙伯透镜和反射面组成。龙伯透镜最早是学者r.k.luneburg于1944年提出，即如果一束平面波入射到龙伯透镜表面，它会聚焦在龙伯透镜沿直径的另外一个端点上，如附图1所示，如果在聚焦处放置反射板就会将入射波以高增益反射回去，从而增大rcs。一般龙伯透镜反射器的反射面是金属，所以其rcs大小不可控。

有源频率选择表面（afss）是通过加载有源器件（如pin二极管、变容二极管等）来实现频率选择表面（fss）滤波特性的人为控制，afss一般是通过在传统fss单元结构中加载一系列有源器件并设计相应的馈线系统制成的。afss可实现的功能包括指定频段fss滤波特性的开关控制、fss工作频带的调节、fss滤波性能强弱的控制等等，这也为吸波材料、可调滤波器、有源相控阵雷达、可调电磁屏蔽材料等领域的研究提供了全新的解决方案，具有十分重要的军事研究价值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于有源频率选择表面的rcs可控的龙伯透镜反射器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于有源频率选择表面的rcs可控的龙伯透镜反射器，包含龙波透镜和反射板，反射板的曲率和龙波透镜相匹配；龙波透镜呈球状、由内至外包含n层介质层，由内至外n层介质层的相对介电常数依次变小，n为大于等于3的自然数；

所述反射板包含若干呈阵列分布的afss反射单元，所述afss反射单元具有透射和反射功能并且能够切换。

作为本发明一种基于有源频率选择表面的rcs可调的龙伯透镜反射器进一步的优化方案，所述afss反射单元可采用耶路撒冷十字形缝隙或者双层以上的耦合型频率选择表面结构。

作为本发明一种基于有源频率选择表面的rcs可调的龙伯透镜反射器进一步的优化方案，所述afss反射单元包含介质基底、内贴片、外贴片和四个pin二极管；

所述介质基底采用柔性介质制成，内贴片、外贴片均采用金属制成，且内贴片、外贴片均设置介质基底的表面上；

所述内贴片呈正方形，外贴片呈方框状，内贴片设置在外贴片内、且内贴片的四边和外贴片内框的四边一一对应平行且距离相等；

所述四个pin二极管分别加载在内贴片四边中点和其对应外贴片内框四边的中点之间；

所述内贴片、外贴片的介质底板均采用柔性介质制成；

所述四个pin二极管接外部直流电压，用于调节反射板的rcs。

作为本发明一种基于有源频率选择表面的rcs可调的龙伯透镜反射器进一步的优化方案，n取3，此时龙伯透镜的3层介质层从内到外厚度依次为288.04、182.62、201.42mm，3层介质层从内到外的相对介电常数依次为1.96、1.7956、1.4884，龙伯透镜球心到反射板的距离d=108mm。

作为本发明一种基于有源频率选择表面的rcs可调的龙伯透镜反射器进一步的优化方案，所述外贴片外框的边长l=9mm，内贴片的边长s=7.5mm，内贴片、外贴片之间的缝隙宽度w=0.5mm，外贴片、内贴片的厚度0.035mm，介质底板的厚度为0.254mm，其相对介电常数为2.2。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明通过将龙伯透镜和智能可控的afss相结合，构成rcs可控的龙伯透镜反射器，创新性在于利用afss构成龙伯透镜反射器的反射板从而进行rcs的调节。这种通过电控的方式来控制龙伯透镜反射器散射与透射、反射rcs大小的方法，构思新颖，智能化，并有可实施性，在军用和民用中都具有较高的应用价值。

附图说明

图1是一般龙伯透镜反射器的工作原理图；

图2是本发明设计的afss的单元结构示意图；

图3是本发明的afss在pin二极管导通和截止时的散射参数s11曲线；

图4是本发明基于afss的rcs可调的龙伯透镜反射器的原理示意图；

图5是本发明基于afss的rcs可调的龙伯透镜反射器的rcs曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种基于有源频率选择表面的rcs可控的龙伯透镜反射器，包含龙波透镜和反射板，龙波透镜呈球状，反射板的曲率和龙波透镜相匹配，所述龙波透镜由内至外包含n层介质层，由内至外n层介质层的相对介电常数依次变小，n为大于等于3的自然数；

所述反射板包含若干呈阵列分布的afss反射单元，所述afss反射单元具有透射和反射功能并且能够切换。

所述afss反射单元采用耶路撒冷十字形缝隙或者双层以上的耦合型频率选择表面结构都可以，也可以采用下面给出的具体结构：

所述afss反射单元包含介质基底、内贴片、外贴片和四个pin二极管；

所述介质基底采用柔性介质制成，内贴片、外贴片均采用金属制成，且内贴片、外贴片均设置介质基底的表面上；

所述内贴片呈正方形，外贴片呈方框状，内贴片设置在外贴片内、且内贴片的四边和外贴片内框的四边一一对应平行且距离相等；

所述四个pin二极管分别加载在内贴片四边中点和其对应外贴片内框四边的中点之间；

所述内贴片、外贴片均采用柔性介质制成；

所述四个pin二极管接外部直流电压，用于调节反射板的rcs。

n优先取3，此时龙伯透镜的3层介质层从内到外厚度依次为288.04、182.62、201.42mm，3层介质层从内到外的相对介电常数依次为1.96、1.7956、1.4884，龙伯透镜球心到反射板的距离d=108mm。

参考图2-5描述的分别是本发明提出的afss的结构示意图、pin二极管导通和截止时的afss的散射参数s11曲线、基于afss的rcs可调的龙伯透镜反射器的示意图和rcs曲线。

如图2所示，本发明中afss反射单元是“回”字型结构，外贴片外框的边长l=9mm，内贴片的边长s=7.5mm，内贴片、外贴片之间的缝隙宽度w=0.5mm，内贴片、外贴片厚度为0.035mm，介质底板的厚度d=0.254mm，介质底板的相对介电常数为2.2，介质基底可以选择ptfe（聚四氟乙烯），四个pin二极管对称加载在缝隙之间，实际应用可以选择bap50-03型号的pin二极管。图3是上述单元结构在pin二极管导通和截止时的散射参数s11结果，可以看出在8.5ghz时，pin二极管导通和截止时，s11分别在-3db以上和-10db以下，即对应了反射和透射状态的切换。如图4所示，将5×5的afss反射单元组成弯曲的反射板，反射板曲率和半径108mm的球一样，加载于龙伯透镜后面，反射板到龙伯透镜的球心距离d=108mm，反射板和龙伯透镜构成龙伯透镜反射器。如图5所示，5×5单元的afss反射单元的pin二极管都处于截止状态时，rcs总体在-20db左右，龙伯透镜反射器不工作；当只有反射面正中心的3×3的afss反射单元的pin二极管处于导通状态时，rcs在θ为170-190°角度范围内可以增强15db左右的rcs；当所有的5×5的afss反射单元的pin二极管处于导通状态时，rcs在θ为160-200°角度范围内可以增强20db左右的rcs，实现了龙伯透镜反射器rcs大小可调的功能。

本发明中afss反射单元可以设计成圆环形、耶路撒冷十字形等缝隙结构，也可以设计成双层或多层耦合型频率选择表面，具有透射和反射功能可切换的afss均可。介质基板可以是ptfe，也可以是其它柔性介质。龙伯透镜也可以是其它层数和不同型号，反射面的形状和弯曲程度也可以改变，都可以实现龙伯透镜反射器rcs可控。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。