各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工作于微波频段的各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面，属于新型人工电磁器件领域。
【背景技术】
[0002]人工电磁表面是新型人工电磁器件的一种特殊表现形式，也是近年来有关新型人工电磁器件的一个最新研宄发展方向和研宄热点。新型人工电磁器件通常定义在空间区域中，当此空间区域被定义为平坦的表面或分界面时，新型人工电磁器件便演变为人工电磁表面。人工电磁表面是一种超薄二维阵列平面，其结构单元由普通新型人工电磁器件结构单元构成，可实现对电磁波反射和透射，电磁波相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效的调控。由于人工电磁表面的厚度与波长相比非常小，可视为无限薄结构，所以人工电磁表面概念的提出，大大减小了新型人工电磁器件的体积，使新型人工电磁器件具有了更加广泛的应用前景，推动了新型人工电磁器件的研宄发展。利用人工电磁表面器件可实现负折射、负反射、极化旋转、汇聚成像、复杂波束、传播波向表面波转化等新颖物理效应。丰富独特的物理特性及其对电磁波的灵活调控能力使人工电磁表面在隐身技术、天线技术、微波和太赫兹器件、光电子器件等诸多领域具有重要的应用前景。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明的目的是设计一种各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面，解决了现有技术中各向同性人工电磁表面结构仅能对一种极化方向的入射场起作用的现状。
[0004]技术方案:本发明的一种各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面的基本结构单元为一种各向异性结构，所述基本结构单元包括在介质基板上表面设有两个正交的“工”字形结构；由亚波长尺度上的多个基本结构单元两两镜像对称规则排列构成各向异性人工电磁表面，将所设计的各向异性人工电磁表面包裹在金属圆柱周围，并在人工电磁表面与金属圆柱之间填充有相对介电常数为12的理想介质。
[0005]所述的各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面，在入射波为TE极化，电场方向为圆柱体轴向的平面波时，包裹该人工电磁表面的金属圆柱散射场与相同尺寸的相对介电常数为5的理想介质圆柱相似，并且在入射波为TM极化，磁场方向为圆柱体轴向的平面波时，包裹该人工电磁表面的金属圆柱散射场与相同尺寸的金属圆柱相比，前后向散射场都减小。
[0006]有益效果:本发明采用两个正交的“工”字形结构作为该各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面的基本结构。正交的“工”字形结构可对TM极化与TE极化的入射波产生足够的电响应，所产生的电响应对圆柱体的散射场进行调控。同时所设计结构引入的磁响应对结构的效果起到了有益效果。
[0007]与现有技术相比，本发明的优势:
[0008]1.本发明结构简单，易于加工
[0009]2.本发明厚度很小，易于共形
[0010]3.本发明能够对不同极化的入射波分别表现出幻觉器件与隐身器件的电磁特性。
【附图说明】
[0011]图1是单元结构及尺寸示意图；
[0012]图2是所设计各向异性人工电磁表面示意图；
[0013]图3是包裹人工电磁表面的金属圆柱样品不意图；
[0014]图4是入射波TE极化时:(a)相对介电常数为5的介质圆柱近场电场强度分布；(b)包裹人工电磁表面的金属圆柱近场电场强度分布；
[0015]图5是入射波TE极化时介质圆柱与包裹人工电磁表面的金属圆柱的归一化双站雷达散射截面；
[0016]图6是入射波TM极化时金属圆柱与包裹人工电磁表面的金属圆柱的归一化双站雷达散射截面。
[0017]附图标记:
[0018]1-金属结构；2_介质基底；3_填充介质；4_金属圆柱。
【具体实施方式】
[0019]本发明的各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面的基本结构单元为一种各向异性结构，所述基本结构单元包括在介质基板2 (聚酰亚胺薄膜)上表面设有两个正交的“工”字形结构；由亚波长尺度上的多个基本结构单元两两镜像对称规则排列构成各向异性人工电磁表面，将所设计的各向异性人工电磁表面包裹在金属圆柱4周围，并在人工电磁表面与金属圆柱4之间填充有相对介电常数为12的理想介质3。
[0020]在设计过程中我们忽略了磁响应，假设所设计的人工电磁表面磁阻抗为零。本发明选用两个正交的“工”字形结构作为基本电谐振单元结构，并利用人工电磁表面的表面电阻抗计算公式确定出两个“工”字形结构的尺寸。随后将所设计的结构单元导入电磁仿真软件进行全波仿真，通过模拟其电场强度的近场分布及远场双站雷达散射截面观察所设计的人工电磁表面是否满足设计要求。经过优化和参数扫描，最终得到了如图1所示的人工电磁表面单元结构，图中所标注结构尺寸如下所示:L1 = 22mm，L2 = 17.2mm，L3 = 8.9mm，L4 = 11.4354mm, L5 = 0.6mm，L6 = L7 = L8 = 1mm，L9 = 8.8mm。图 2 为由如图1 所不单元结构组成的各向异性人工电磁表面示意图。所设计的金属单元结构加工在一层厚度约为
0.08mm的聚酰亚胺薄膜上，该薄膜为柔性材料，便于人工电磁表面的共形。图3为包裹所设计人工电磁表面的金属圆柱示意图。该器件工作于2GHz，其半径为0.1个波长，约为15_。将图2所示的电磁表面包裹在金属圆柱体上，便构成我们所设计的双极化“幻觉”与“隐身”器件。所设计各向异性人工电磁表面与金属圆柱之间填充有相对介电常数为12的理想介质。图4和图5所不为入射平面波TE极化时的近场电场强度分布图和相应的归一化双站RCS曲线。图4(a)和图4(b)所示分别为频率为2GHz时，平面波入射相对介电常数为5的理想介质圆柱和金属圆柱的电场强度分布。图5所不为介质圆柱与包裹人工电磁表面的金属圆柱的双站雷达散射截面的对比。图4与图5的结果充分说明了金属圆柱外所包裹的人工电磁表面在入射场TE极化时为“幻觉”材料，它将金属圆柱伪装成了相同尺寸的相对介电常数为5的介质圆柱。图5所示为金属圆柱与相同尺寸的包裹人工电磁表面的金属圆柱的相应的归一化双站双站雷达散射截面曲线。图5结果表明，所设计的人工电磁表面降低了金属圆柱在平面波传播方向上被探测到的可能性，金属圆柱外所包裹的人工电磁表面为“隐身”材料。
【主权项】
1.一种各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面，其特征在于该人工电磁表面的基本结构单元为一种各向异性结构，所述基本结构单元包括在介质基板(2)上表面设有两个正交的“工”字形结构；由亚波长尺度上的多个基本结构单元两两镜像对称规则排列构成各向异性人工电磁表面，将所设计的各向异性人工电磁表面包裹在金属圆柱(4)周围，并在人工电磁表面与金属圆柱(4)之间填充有相对介电常数为12的理想介质(3)。2.如权利要求1各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面，其特征在于所述的各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面，在入射波为TE极化，即电场方向为圆柱体轴向的平面波时，包裹该人工电磁表面的金属圆柱散射场与相同尺寸的相对介电常数为5的理想介质圆柱相似，并且在入射波为TM极化，即磁场方向为圆柱体轴向的平面波时，包裹该人工电磁表面的金属圆柱散射场与相同尺寸的金属圆柱相比，前后向散射场都减小。
【专利摘要】一种各向异性双极化幻觉与隐身人工电磁表面，由亚波长尺度上的多个结构单元两两镜像对称规则排列构成。其结构单元由附着在介质基板上表面的两个正交的“工”字形结构组成。在入射波为TE极化(电场方向为圆柱体轴向)的平面波时，包裹该人工电磁表面的金属圆柱散射场与相同尺寸的相对介电常数为5的理想介质圆柱相似，并且在入射波为TM极化(磁场方向为圆柱体轴向)的平面波时，包裹该人工电磁表面的金属圆柱散射场与相同尺寸的金属圆柱相比，前后向散射场都减小。
【IPC分类】H01Q15/00
【公开号】CN104993247
【申请号】CN201510293939
【发明人】程强, 项楠, 陈海兵, 赵捷, 崔铁军
【申请人】东南大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月1日