申请/专利权人：电子科技大学

申请日：2022-07-22

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN115360523B

主分类号：H01Q15/00

分类号：H01Q15/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2022.12.06#实质审查的生效;2022.11.18#公开

摘要：本发明属于电子材料技术领域，特别涉及一种基于奇点相消的低RCS超表面结构设计方法。本发明基于人工电磁超表面，利用其特殊的电磁性能，设计覆盖2π相位的基本单元结构，改变电磁波的波前相位，构成形成涡旋波的电磁结构超表面。其中，OAM采用平面波进行相位补偿实现带有奇点的涡旋波，具有极低RCS特征；并通过优化设计相位梯度，得到具有完全相反的正负奇点的一对OAM，再组合；利用两个相反方向的涡旋波相消的特征，使得平面波在垂直入射的条件下，实现了工作频点的单站RCS减缩，从而有效控制目标体的电磁散射，取得极低RCS，为RCS减缩技术提供了新的思路和方法，在微波领域具有广阔的发展前景。

主权项：1.一种基于奇点相消的低RCS超表面结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设计出具有全反射特性、且反射相位覆盖0～2π的基本单元；所述基本单元的平面形状是边长为p的正方形，从下至上依次包括层叠的底层金属层、中间介质层和顶部金属图案层；基本单元的底层金属层和中间介质层具有相同的物理尺寸，顶部的金属图案层为正方形贴片居中堆叠至中间介质层上，基本单元的外沿与正方形贴片的外沿构成一个方环；通过以顶部金属图案层的正方形边长尺寸为变量进行优化，构成M种基本单元来实现产生轨道角动量OAM所需的相位范围；基本单元根据产生涡旋波对基本单元结构的幅值和相位要求，选择M种，M≥4，使其能满足幅值大于等于0.8，且能实现360°的相差；所述底层金属层和顶部的金属图案层的金属均由反射率≥90％的金属材料构成，中间介质层由介电常数2.2-4.3的损耗材料构成；步骤2、以超表面结构的中心点为原点，建立x'-y'坐标轴，以逆时针方向定义1、2、3、4共计4个象限；再择一象限，以该象限的中心点为原点建立x-y坐标轴，定义为象限超表面；根据步骤1确定的M种实现涡旋波的基本单元，以象限超表面的中心点为原点均分为M个区域；并将整体超表面的平面结构划分为m*n个以矩阵方式排布的基本单元，m≥15，n≥15；根据自由空间的亥姆霍兹方程推导出沿电磁波传输方向传播的涡旋波的电场表达式，其中涡旋波束相位作为超表面的输出相位，得到输出相位公式；然后根据入射场源得到超表面的输入相位，再根据输出相位和输入相位之间的运算得到超表面每个基本单元需要提供的补偿相位；场源位于电磁超表面结构的中心轴向方向，当线极化平面波经过超表面结构反射后，产生电磁涡旋波，得到每个基本单元所需的补偿相位为： 其中l为轨道角动量模式数，取值为整数；是象限超表面中第m行第n列基本单元的补偿相位；x和y是以象限超表面的中心为原点构建坐标轴，对应每个基本单元的横纵坐标；步骤3：对于象限超表面，根据补偿相位公式利用MATLAB进行程序设计，建立基本单元相位和补偿相位之间的关联，分别取：l＝-1时，设置中心相位为零，则在x正半轴的相位为0，沿着正半轴逆时针旋转，直角坐标系的相位依次为0°、90°、180°、270°；得到输出相位、输入相位和2、4象限的超表面需要提供的补偿相位形式，进而得到生成OAM的象限超表面所有基本单元的排列规则，从而对象限超表面的所有基本单元进行排布得到产生拓扑电荷数为-1的象限超表面，定义为负1阶负奇点OAM结构；l＝1时，设置与l＝-1时同样的中心相位，中心相位设置为0，则在x正半轴的相位为0，沿着正半轴顺时针旋转，直角坐标系的相位依次为0°、90°、180°、270°；得到输出相位、输入相位和1、3象限的超表面需要提供的补偿相位形式，进而得到生成OAM的象限超表面所有基本单元的排列规则，从而对象限超表面的所有基本单元进行排布得到产生拓扑电荷数为1的象限超表面，定义为正1阶正奇点OAM结构；步骤4：将步骤3得出的l＝-1的负1阶负奇点超表面作为2、4象限的模块，l＝1的正1阶正奇点超表面作为1、3象限的模块，结合成一个2m*2n的超表面结构，即基于奇点相消的低RCS超表面结构。

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权利要求：

百度查询： 电子科技大学 一种基于奇点相消的低RCS超表面结构设计方法

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