超材料和飞行器的制作方法

1.本发明涉及电磁探测技术领域，具体地，涉及超材料和飞行器。


背景技术：

2.近年来，随着各种新型探测器、雷达的快速发展，电磁探测技术得到了很大的提升，军事目标的各种电磁缺陷带来的电磁散射都能够被探测到，这就对现代战争中军事目标的生存能力产生极大威胁。
3.为了降低目标被探测的可能性，目标电磁缺陷散射抑制技术的发展成为重中之重。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种超材料和飞行器，从而提高缺陷散射抑制效果，提升飞行器的隐身性能。
5.根据本发明的一方面，提供一种超材料，用于电磁缺陷散射抑制，其特征在于，所述超材料包括：
6.载体基板；
7.多个第一微结构单元，设置在所述载体基板上，在所述载体基板的第一端至第二端的方向上顺次排布，且所述多个第一微结构单元的等效阻抗渐变；
8.其中，
9.所述多个第一微结构单元的形状分别包括按预设规律变化的一系列花形图案，所述花形图案包括至少一个花瓣，所述花瓣为镂空结构，所述预设规律包括多个所述花形图案中所述花瓣的数量按照所述多个第一微结构单元的顺次排布而依次增加。
10.可选地，所述花瓣的镂空结构呈长条形或者椭圆形或者三角形。
11.可选地，多个所述花形图案中所述花瓣的最大数量为八个，且相邻两个花瓣之间的夹角为45度。
12.可选地，所述花形图案中的多个花瓣均相同，所述多个花瓣中的起始花瓣的延伸方向与所述载体基板的第一端至第二端的方向相互垂直，所述预设规律还包括以所述起始花瓣的起始端点为中心将所述起始花瓣顺序旋转45度后依次得到其它多个花瓣。
13.可选地，所述超材料还包括第二微结构单元，所述第二微结构单元设置在所述多个第一微结构单元的顺次排布的顺次下游之后，其中，
14.所述第二微结构单元包括所述花形图案与正方形图案组合的组合图案，所述组合图案为镂空结构，所述第二微结构单元的花形图案的花瓣数量为所述花形图案的最大花瓣数量，所述正方形图案与所述花形图案的中心重合。
15.可选地，所述超材料还包括第三微结构单元，所述第三微结构单元设置在所述第二微结构单元的顺次下游之后，其中，
16.所述第三微结构单元包括镂空结构的正方形图案，所述第三微结构单元的正方形
图案与所述第二微结构单元的正方形图案相同。
17.可选地，所述超材料还包括第四微结构单元，所述第四微结构单元设置在所述多个第一微结构单元的顺次排布的顺次上游之前，其中，
18.所述第四微结构单元为无镂空结构的材料板。
19.可选地，所述花瓣的长条形结构的长度为4.6至5毫米，宽度为1.6至2毫米，每一个微结构单元为边长为8至12毫米的正方形结构，所述正方形图案的边长为6至8毫米。
20.可选地，所述多个第一微结构单元为多组，且彼此并列排布设置在所述载体基板上，
21.所述载体基板覆盖设置在缝隙缺陷结构的缝隙上，且第一端或第二端朝向所述缝隙缺陷结构的电磁入射方向。
22.可选地，所述载体基板为柔性透明材料基板，所述镂空结构为透明导电材料中的镂空结构。
23.根据本发明的另一方面，提供一种飞行器，其特征在于，包括根据本发明提供的超材料。
24.本发明提供的超材料包括设置在载体基板上的多个第一微结构单元，该多个第一微结构单元沿载体基板的第一端至第二端的方向顺次排布，且该多个第一微结构单元的花形图案的花瓣数量按预设规律随上述顺次排布而依次增加，使该多个第一微结构单元的等效阻抗渐变，在接收电磁波入射时，该等效阻抗渐变的超材料表面可得到渐变的表面电流，通过渐变损耗表面电流以减少缝隙缺陷散射，有效提高了缺陷散射抑制效果。
25.载体基板为柔性透明材料基板，微结构单元的花形图案的镂空结构为透明导电材料中的镂空结构，可提高本发明的超材料的环境适应性，提高在有透明、共形等需求的复杂环境中的缝隙缺陷散射效果。
26.本发明提供的飞行器包括本发明提供的超材料，可降低其表面的电磁散射，提升飞行器的隐身性能。
附图说明
27.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
28.图1示出了根据本发明实施例的超材料的结构示意图；
29.图2示出了根据本发明另一实施例的超材料的结构示意图；
30.图3和图4示出了根据本发明实施例的一种缝隙缺陷结构的结构示意图；
31.图5示出了根据图3示出的缝隙缺陷结构的缝隙缺陷散射抑制性能曲线。
具体实施方式
32.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
33.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
34.图1示出了根据本发明实施例的超材料的结构示意图。
35.如图1所示，本发明实施例的超材料10包括载体基板11和设置在该载体基板11上
的多个微结构单元12(第一微结构单元)，以图1为参照，左端为第一端，右端为第二端，多个微结构单元12在第一端至第二端的方向上顺次排布，且其等效阻抗渐变。
36.在本实施例中，该载体基板11为柔性透明材料基板，该柔性透明材料为pet(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等，微结构单元12为透明导电材料，例如氧化铟锡(indium tin oxide，ito)，微结构单元12中的微结构图案13为镂空结构的轮廓，在可选实施例中，该镂空结构中填充柔性透明材料，例如pvc(polyvinyl chloride，聚氯乙烯)。
37.其中，超材料的表面电流j
x
(x)和表面阻抗η之间的关系有：
[0038][0039][0040]
其中，式(1)为水平发射水平接收极化(hh极化)，式(2)为垂直发射垂直接收极化(vv极化)，φ0为入射角度，k为波数，将入射场幅度归一化，通过上述两式求解阻抗表达式，当φ0＝90
°
时，可以统一上述式(1)和式(2)为：
[0041][0042]
即本发明实施例的超材料10具有为渐变阻抗的表面阻抗，可以得到渐变的表面电流，通过渐变损耗表面电流可减少电不连续所带来的电磁散射，在缝隙处加载该超材料10可有效降低缝隙缺陷引起的后向散射。
[0043]
在本实施例中，多个微结构单元12中的单个微结构单元为正方形结构，其镂空结构的轮廓形成有微结构图案13，微结构图案13为按预设规律变化的一系列花形图案，该花形图案包括至少一个花瓣，各微结构单元12的花形图案的花瓣的数量随微结构单元12的顺次排布而依次增加，从第一端至第二端依次由一瓣增加至八瓣，且各花形图案的起始花瓣的方位相同，即以正上方(以图1为方位参考)的一瓣为起始花瓣，依次顺时针旋转45度后与旋转前的一瓣叠加组合形成连续瓣数量依次增加的各微结构图案。
[0044]
在本实施例中，该花瓣结构为长条形，其长度a为4.6至5毫米，宽度b为1.6至2毫米，微结构单元12为正方形结构，其边长p为8至12毫米。
[0045]
在本实施例的超材料10中，微结构单元12为一组，其中的微结构图案的花形图案的连续瓣的数量渐变，该组微结构单元12的首端(载体基板11的第一端，多个微结构单元12的顺次排列的顺次上游之前)还设置有无微结构图案(无镂空结构的材料板，在可选实施例中，为透明导电材料板，其中，各微结构单元的非镂空部分的材料板为整体结构或分立组合结构)的第四微结构单元121，以提高超材料10的首端的微结构单元与后方的微结构单元的表面阻抗的连续性。
[0046]
在本实施例中，该组微结构单元12的尾端的微结构单元122的微结构图案的花形图案的花瓣数量为最大数量的八瓣，在该微结构单元122后(多个微结构单元12的顺次排列的顺次下游之后)还依次设置有第二微结构单元123和第三微结构单元124，第二微结构单元123中的微结构图案为八瓣花形图案与正方形图案的组合图案，且该正方形图案的中心与八瓣花形的中心重合，该正方形图案的边与为第二微结构单元123的对应边平行；第三微
结构单元124的微结构图案为正方形图案，且与第二微结构单元123中的正方形图案结构相同。在本实施例中，该正方形图案的边长c为6至8毫米。
[0047]
在本实施例中，花形图案的起始花瓣朝向与载体基板11的第一端至第二端的方向垂直，在可选实施例中，该起始花瓣的朝向与载体基板11的第一端至第二端的方向的夹角为任意值。
[0048]
在本实施例中，微结构单元12中的微结构图案的花形图案的最大瓣数为八瓣，且在周向上均匀分布，在可选实施例中，该花形图案的最大瓣数为四瓣、五瓣等，花瓣的形状也不限于规则的方形长条，例如还可以为椭圆形、三角形等，一组微结构单元12的数量可根据实际需求进行设置。
[0049]
图2示出了根据本发明另一实施例的超材料的结构示意图。
[0050]
参照图2和图1，该实施例的超材料20为超材料10中的一组微结构单元12的多组并列排布结构，各组微结构单元的首端和尾端对应，形成对应该超材料20的上端至下端(以图2为方位参考)的阻抗渐变的表面，其中，本实施例的超材料20的宽度w1为168至252毫米，长度d为88至131毫米。
[0051]
图3和图4示出了根据本发明实施例的一种缝隙缺陷结构的结构示意图，其中，图3为该缝隙缺陷结构100的俯视图，图4为该缝隙缺陷结构100的侧视图。
[0052]
参照图3和图4，该缝隙缺陷结构100包括缝隙缺陷板102，在该缝隙缺陷板102的中间位置形成缝隙101，在缝隙缺陷板102的上方设置有本发明实施例的超材料20，其中，该缝隙缺陷结构100的缝隙缺陷板102的长度l为600毫米，宽度w2为210毫米，缝隙101的宽度s为2毫米，其散射角θ为80度，可降低前缘和后缘棱角散射。对应的该超材料20中的微结构图案的花形图案的瓣的长条结构的长度a为4.9毫米，宽度b为1.8毫米，微结构单元12的边长p为10毫米，末端的第三微结构单元124的正方形图案的边长c为7毫米，超材料20的宽度w1为210毫米，长度d为110毫米，该超材料20铺设在缝隙缺陷板102的缝隙101上方，与缝隙缺陷板102的距离h(不计厚度)为1毫米。
[0053]
其中，以图4为方位参考，右端为电磁波入射方向，具有一定的入射角度phi，超材料20的上端(以图2为方位参考)朝向右端，且中心偏向缝隙101的右端的缝隙缺陷板102。
[0054]
图5示出了根据图3示出的缝隙缺陷结构的缝隙缺陷散射抑制性能曲线。其中，横坐标为电磁波入射角度phi，中坐标为雷达截面积(radar cross section,rcs)，曲线l11和曲线l12分别为未加载超材料20的缝隙缺陷板102的vv极化和hh极化的性能曲线，曲线l21和曲线l22分别为设置了超材料20的缝隙缺陷结构100的vv极化和hh极化的性能曲线。
[0055]
如图5所示，加载了本发明实施例提供的超材料20的缝隙缺陷结构100对0度至35入射角内入射的电磁波，可有效抑制缝隙缺陷结构100的缝隙缺陷散射，提升了缝隙缺陷结构100的吸波性能。
[0056]
本发明提供的超材料在载体基板上的第一端至第二端的方向上设置等效阻抗顺次渐变的多个微结构单元，在接收电磁波入射时，该等效阻抗渐变的超材料表面可得到渐变的表面电流，通过渐变损耗表面电流以减少缝隙缺陷散射，有效低提高了缺陷散射抑制效果。
[0057]
载体基板为柔性透明材料基板，微结构图案为透明导电材料中的镂空结构的轮廓图案，可提高本发明的超材料的环境适应性，提高在有透明、共形等需求的复杂环境中的缝
隙缺陷散射效果。
[0058]
本发明还提供一种飞行器，该飞行器包括本发明提供的超材料，可降低飞行器的表面缝隙缺陷散射，提升飞行器的隐身性能。
[0059]
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。