基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面

本新型涉及空间强电磁场防护，具体涉及基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面。

背景技术：

1、高功率微波武器(high powermicrowave weapon，hpmw)是新型的定向能武器之一，其特征是将高功率微波源产生的高功率微波(功率＞100mw，频率在1～300ghz)经高增益定向天线向空间发射，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束，构成一种新型的破坏杀伤因素。

2、hpmw得到世界其他各国尤其是欧美发达国家的高度重视。hpmw频率高、功率大，对雷达、导弹、隐身飞行器、以及电子系统等各类武器装备的干扰和损害极大，也能杀伤作战人员。研究在hpmw攻击下提高生存能力以及增强防护能力的高功率微波防护装置对于保护武器装备的安全具有重要意义。

3、天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的结构物。它在电气性能上可实现选择性透过不同频率电磁波，机械性能上能经受外部恶劣环境的作用。但是传统的天线罩不能实现对高功率微波的防护，不能实现对不同功率电磁波的选择性透过。而且，基于形状记忆合金的高功率微波自适应的天线罩仍然存在以下问题：

4、1.基于能量选择表面的电磁防护技术

5、能量选择表面是一种通过在电磁结构中加载有源器件的电磁防护手段，具有电磁环境自适应特性。其中，有源器件的状态随入射电磁波功率非线性变化。它从感应空间电磁波功率出发，以空间电磁波能量作为激励源，实时地改变材料的电磁特性或结构的阻抗特性，继而改变能量选择表面对电磁波的传输特性，最终决定空间电磁分布。简而言之，能量选择表面是一个入射电磁波功率限幅器，可实现低功率电磁波传输的特性。典型的能量选择表面具有周期结构，每个周期单元由金属贴片与加载的二极管组成。从理论上讲，对于理想的能量选择表面，通过调整金属贴片结构、二极管加载的位置等可以实现任意频带的电磁防护。但是，能量选择表面由于引入有源器件，通常面临，工作带宽窄、插入损耗大、耐受功率低等缺点。

6、2.能量吸收方法和技术

7、如波导等离子体限幅方法、加载吸波器等方法，这些方法需要吸收入射波能量，从而使得进入系统的电磁波不会对系统产生影响。但是，高功率微波能量吸收后转化为热能，影响设备的正常工作。

8、新型内容

9、针对上述存在的技术问题，本新型提出了基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面，形状记忆合金(shape memoryalloy，sma)具有形状记忆和超弹性效应，这种独特效应的起源在于无扩散的固态相变。sma会分成两个相，根据温度的不同具有不同的晶体结构。温度较高的相称为立方奥氏体相，温度较低的相称为单斜马氏体相。这些材料可以经历从立方奥氏体到单斜马氏体的热弹性马氏体相变，并且这种相变是可逆的。sma温度可控，可以通过电压加热进行调制。传统的高功率防护大多是通过加载与入射电磁波功率相关的非线性二极管实现的。本新型突出技术效果在于可以拓展功率防护的带宽，并能够实现自适应的防护，提高响应速度。本新型通过形状记忆合金的变形实现目标频段内电磁波的全反射和全透射的切换。通过设定高功率微波阈值，电磁波功率检测装置，可实现任意功率电磁波入射下透射和反射的切换，进而通过复合自适应防护表面，在保持良好的机械性能和电气性能的同时可以实现高功率电磁波入射下的防护。

10、为了实现上述目的，本新型所采用的技术方案如下：

11、基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面，由入射电磁波功率检测器、控制芯片、金属结构层和介质基板组成，所述入射电磁波功率检测器和控制芯片之间通过信号传输线连接，所述控制芯片和金属结构层之间通过信号传输线连接，所述金属结构层设置于介质基板上。

12、优选的，所述金属结构层由金属结构单元周期性重复排列组成，所述金属结构单元包括形状记忆合金和普通金属，所述介质基板由金属结构单元介质层组成，所述普通金属刻蚀在金属结构单元介质层上，形状记忆合金焊接在金属结构单元介质层上。

13、与现有技术相比，本新型的有益效果是：

14、1.与现有通过加载二极管的能量选择表面相比，本申请利用形状记忆合金变形实现的高功率电磁防护表面不仅提高了工作频带的频率，而且在拓宽了防护带宽的基础上保持了屏蔽效能，提高了防护效果；所实现的高功率微波防护装置可以传输6.5ghz-7.5ghz的工作信号，插入损耗低于1db，同时可以反射整个频段内的高功率微波，屏蔽效能大于20db。

15、2.当入射电磁波功率过高会直接破坏传统防护手段中的有源器件，如二极管等。选用形状记忆合金，其工作温度高，能够耐受极高功率电磁波入射而不被破坏。因此，本新型所提出的高功率电磁防护表面具有极高的耐受功率。

技术实现思路

技术特征：

1.基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面，包括天线罩，其特征在于：所述天线罩的内表面设置有自适应防护表面，自适应防护表面由入射电磁波功率检测器(1)、控制芯片(2)、金属结构层(4)和介质基板(5)组成，所述入射电磁波功率检测器(1)和控制芯片(2)之间通过信号传输线(3)连接，所述控制芯片(2)和金属结构层(4)之间通过信号传输线(3)连接，所述金属结构层(4)设置于介质基板(5)上。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面，其特征在于：所述金属结构层(4)由金属结构单元周期性重复排列组成，所述金属结构单元包括形状记忆合金(6)和普通金属(7)，所述介质基板(5)由金属结构单元介质层(8)组成，所述普通金属(7)刻蚀在金属结构单元介质层(8)上，形状记忆合金(6)焊接在金属结构单元介质层(8)上。

技术总结
本新型涉及空间强电磁场防护技术领域，具体涉及基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面。基于形状记忆合金的高功率电磁防护表面，天线罩的内表面设置有自适应防护表面，自适应防护表面由入射电磁波功率检测器、控制芯片、金属结构层和介质基板组成，所述入射电磁波功率检测器和控制芯片之间通过信号传输线连接，所述控制芯片和金属结构层之间通过信号传输线连接，所述金属结构层设置于介质基板上。所述金属结构层包括形状记忆合金和普通金属。本新型通过形状记忆合金的变形实现目标频段内电磁波的全反射和全透射的切换。通过设定高功率微波阈值，电磁波功率检测装置，可实现任意功率电磁波入射下透射和反射的切换。

技术研发人员：李勇峰,蒋李鑫,袁琦,朱志标,秦喆,郑麟,屈绍波
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学
技术研发日：20230527
技术公布日：2024/1/13