一種超材料隱身裝置的製作方法
2023-10-04 07:45:04
專利名稱：一種超材料隱身裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及超材料技術領域，尤其涉及一種超材料隱身裝置。
背景技術：
雷達是利用電磁波探測物體的裝置，對飛行物體尤其有效。雷達的優點包括全天候工作、三維定位，能決定掃描方向與掃描距離，探測距離遠、定位精度，因此現有的隱身裝置的功能大部分為降低雷達探測或縮小雷達探測距離。雷達探測的方法先是產生功率大、頻率和波形非常穩定的電磁波，再將電磁波發射到某個特定方向，然後接收可能由目標物體反射回來的電磁波，如果接收到自己發出的電磁波，那就表示在發射方向有目標物體，計算機根據等待接收電磁波時間的長短，計算出 物體和自己之間的距離。雷達的掃描方向和計算機算出的物體距離即能準確定位到目標物體所在的空間位置。在探測得到目標物體的距離後，雷達還可以根據反射回來的電磁波特性分析出目標物體的大小、組成物質以及運行狀態；具體如下(I)計算目標物體的幾何截面(Geometric Cross Section),目標物體越大，貝丨J反射回來的電磁波越強；(2)計算目標物體的反射性。任何物質都不能把電磁波百分之百反射回去，有一部分能量會被吸收轉換為熱能。不同物質對電磁波有不同的反射性，根據電磁波的反射性反推出目標物體的組成物質；(3)計算目標物體的方向性。當電磁波照射到目標物體的時候，並不是所有電磁波都會反射回到原來雷達照射的方向，例如當雷達照射的目標物體是一個非常光滑的平面體時，反射的方向與照射的方向會符合反射角等於入射角的原則。所以目標物體的方向性可通過目標物體反射到雷達方向的功率除以平均全方位反射的功率得到。人們把上述三個數量的乘積定義為雷達截面(Radar Cross Section，簡稱RCS)，即雷達截面=幾何截面X反射性X方向性。雷達截面跟目標物體被雷達探測到可能性成正t匕，雷達截面越大，物體越可能被雷達探測得到。現有的隱身材料結構過於複雜，設計耗時較長。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述不足，提出一種設計簡便、成本較低、對雷達隱身效果較好的超材料隱身裝置。本發明解決其技術問題採用的技術方案是提出一種超材料隱身裝置，其包括多層折射率分布不同的匹配超材料片層以及多層折射率分布相同的核心超材料片層，所述多層匹配超材料片層的折射率最小值小於所述核心超材料片層的折射率最小值；所述核心超材料片層與所述匹配超材料片層的折射率分布為以各片層中心點為圓心，各片層被劃分為一個圓形區域和多個環形區域，在圓形區域和每個環形區域內，相同半徑處的折射率相同，隨著半徑增大，折射率從超材料片層的最小值逐漸增加到最大值；圓形區域的最大半徑與各個環形區域的間距相等。進一步地，所述核心超材料片層共有M層，沿電磁波入射方向，匹配超材料片層分為第一至第N層匹配超材料片層；第一層匹配超材料片層的折射率分布均勻，為nlmin，第二至第N層匹配超材料片層的折射率分布為n>in+l [n (r) -nJfflin]，j表示第二至第N層匹配超材料片層的序號，Kj表示第j層匹配超材料片層的比例係數，n(r)為核心超材料片層的折射率分布；核心超材料片層上，距圓心半徑為r處的折射率為
權利要求
1.ー種超材料隱身裝置，其特徵在於包括多層折射率分布不同的匹配超材料片層以及多層折射率分布相同的核心超材料片層，所述多層匹配超材料片層的折射率最小值小於所述核心超材料片層的折射率最小值；所述核心超材料片層與所述匹配超材料片層的折射率分布為以各片層中心點為圓心，各片層被劃分為一個圓形區域和多個環形區域，在圓形區域和每個環形區域內，相同半徑處的折射率相同，隨著半徑増大，折射率從超材料片層的最小值逐漸増加到最大值；圓形區域的最大半徑與各個環形區域的間距相等。
2.如權利要求I所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述核心超材料片層共有M層，沿電磁波入射方向，匹配超材料片層分為第一至第N層匹配超材料片層；第一層匹配超材料片層的折射率分布均勻，為nlmin，第二至第N層匹配超材料片層的折射率分布為Hjffli^Kj[n(r)-nJfflin]，j表示第二至第N層匹配超材料片層的序號，！^表示第j層匹配超材料片層的比例係數，n(r)為核心超材料片層的折射率分布；核心超材料片層上，距圓心半徑為r處的折射率為
3.如權利要求2所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述多片匹配超材料片層和多片核心超材料片層均包括基材以及周期排布於基材上的多個人造微結構以改變匹配超材料片層和核心超材料片層每點的折射率值。
4.如權利要求3所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述人造微結構為人造金屬微結構，所述人造金屬微結構拓撲圖案呈各向同性。
5.如權利要求4所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述人造金屬微結構呈平面雪花狀，其具有相互垂直平分的第一金屬線及第二金屬線，所述第一金屬線與第二金屬線的長度相同，所述第一金屬線兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個第一金屬分支的中點上，所述第二金屬線兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個第二金屬分支的中點上，所述第一金屬分支與第ニ金屬分支的長度相等。
6.如權利要求5所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述平面雪花狀的人造金屬微結構的每個第一金屬分支及每個第二金屬分支的兩端還連接有完全相同的第三金屬分支，相應的第三金屬分支的中點分別與第一金屬分支及第ニ金屬分支的端點相連。
7.如權利要求5所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述平面雪花狀的金屬微結構的第一金屬線與第二金屬線均設置有兩個彎折部，所述平面雪花狀的金屬微結構繞垂直於第一金屬線與第二金屬線交點的軸線向任意方向旋轉90度的圖形都與原圖重合。
8.如權利要求4所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述多個人造金屬微結構以平面雪花狀金屬微結構為基本形狀演變得到，平面雪花狀金屬微結構包括相互垂直平分的第一金屬線及第二金屬線，所述第一金屬線與第二金屬線的長度相同，所述第一金屬線兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個第一金屬分支的中點上，所述第二金屬線兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個第二金屬分支的中點上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長度相等；演變方式為(1)從正方形金屬塊向其四邊生長金屬形成第一金屬線及第二金屬線，第一金屬線與第二金屬線逐漸生長成最大值；(2)第一金屬線與第二金屬線生長成最大值後從第一金屬線兩端以及第ニ金屬線兩端分別生長第一金屬分支和第二金屬分支，第一金屬分支和第ニ金屬分支逐漸生長成最大值。
9.如權利要求I至8任一項所述的超材料隱身裝置，其特徵在於超材料隱身裝置共包括4層匹配超材料片層與17至18層核心超材料片層，核心超材料片層的最小折射率值為3. 1，第一至第四匹配超材料片層的最小折射率值分別為I. 5,1. 5、2、2. 5，圓形區域最大半徑值a為O. 09米。
10.如權利要求3所述的超材料隱身裝置，其特徵在於所述基材為吸波材料。
全文摘要
本發明公開一種超材料隱身裝置，其包括多層折射率分布不同的匹配超材料片層以及多層折射率分布相同的核心超材料片層，所述多層匹配超材料片層的折射率最小值小於所述核心超材料片層的折射率最小值；所述核心超材料片層與所述匹配超材料片層的折射率分布為以各片層中心點為圓心，各片層被劃分為一個圓形區域和多個環形區域，在圓形區域和每個環形區域內，相同半徑處的折射率相同，隨著半徑增大，折射率從超材料片層的最小值逐漸增加到最大值；圓形區域的半徑與各個環形區域的間距相等。本發明通過超材料原理製備隱身裝置，設計簡單、成本較低。
文檔編號H01Q15/02GK102769207SQ201210222168
公開日2012年11月7日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者劉若鵬, 寇超鋒, 李雲龍, 趙治亞 申請人:深圳光啟創新技術有限公司