CN112346163A - 一种等离子体和光子晶体复合隐身结构 - Google Patents

一种等离子体和光子晶体复合隐身结构 Download PDF

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    • H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape

Abstract

本发明涉及一种等离子体和光子晶体复合隐身结构，包括等离子体隐身层及光子晶体隐身薄膜，所述光子晶体隐身薄膜贴敷于等离子体隐身层之上。本发明所述的等离子体和光子晶体复合隐身结构，利用等离子体实现对雷达频段的隐身，利用光子晶体实现对远红外等光波段的隐身，光子晶体薄膜与等离子体层相互兼容，光子晶体薄膜允许雷达波无损透射，同时抑制等离子体的可见光、红外等光波段辐射；相对于传统隐身材料，等离子体层可控可调，工作时可以实现宽频段隐身，非工作状态不影响雷达工作。通过合理设计，该方案可实现远红外、雷达等多波段的兼容隐身，从而增强武器装备的隐身性能，提高其战场生存能力。

Description

一种等离子体和光子晶体复合隐身结构
技术领域
本发明涉及军事隐身技术领域，尤其涉及一种等离子体和光子晶体复合隐身结构。
背景技术
随着侦察和精确制导技术的发展，军事目标一旦暴露就往往意味着被打击。为了提高军事目标的战场生存能力，必须采取有效的隐身措施。由于侦察和制导往往是多波段(通常包括可见光、红外、雷达等)的，隐身也必须是多波段的。
然而，传统的技术具有明显的不足。首先，传统的隐身材料很难实现对雷达和红外的兼容隐身。通常，为了实现红外隐身，就需要在材料中加入金属粉，但是金属粉含量的增加必然降低涂料的雷达隐身性能。其次，传统的雷达隐身材料的参数不能进行动态调整，这严重限制了其性能和使用场合，例如，这种隐身材料就不能用在天线前面，否则就会影响天线的信号收发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体和光子晶体复合隐身结构，具有良好的隐身性能，不仅可以实现红外隐身与雷达隐身的兼容，而且也可以不影响雷达的工作。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种非金属材料的激光红外多波段兼容隐身薄膜，包括等离子体隐身层及光子晶体隐身薄膜，所述光子晶体隐身薄膜贴敷于等离子体隐身层之上；利用等离子体实现雷达频段隐身，利用光子晶体实现远红外波段隐身。
上述方案中，所述光子晶体隐身薄膜由高折射率和低折射率非金属材料构成，其中，远红外波段的发射率≤0.4，2-18GHz的雷达波透过率≥98％。
进一步的，所述等离子体隐身层由多根圆柱形介质管排列组合构成，相邻介质管的间隔在0.5～2cm之间可调，进而可以获得不同频率的雷达波吸收峰。
进一步的，所述圆柱形介质管的直径为1～3cm，且介质管内部充稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe或Hg，气体压强通常为1～3torr。
进一步的，所述介质管两端施加交流电压，使得气体击穿从而形成柱状等离子体，介质管两端交流电压调节范围为80V～230V，频率约20～80kHz，通常介质管内等离子体密度为1.0×1015/m3-1.0×1018/m3。
所述等离子体通过多根圆柱形介质管的不同排列组合可分别形成二维平板结构雷达隐身层、三维曲面结构雷达隐身层。
所述等离子体阵列间隔一定距离排列形成组合式等离子屏，且等离子屏包括隐身和透明两种工作状态；其中，隐身状态在2-18GHz的雷达波平均反射衰减≥10dB，透明状态在2-18GHz的雷达波透过率≥98％。
本发明的有益效果在于：本发明所述的等离子体和光子晶体复合隐身结构，利用等离子体实现对雷达频段的隐身，利用光子晶体实现对远红外等光波段的隐身，光子晶体薄膜与等离子体层相互兼容，光子晶体薄膜允许雷达波无损透射，同时抑制等离子体的可见光、红外等光波段辐射；相对于传统隐身材料，等离子体层可控可调，工作时可以实现宽频段隐身，非工作状态不影响雷达工作。通过合理设计，该方案可实现远红外、雷达等多波段的兼容隐身，从而增强武器装备的隐身性能，提高其战场生存能力。
附图说明
图1为本发明的等离子体与光子晶体复合隐身示意图。
图2给出了等离子体隐身层的结构示意图。
图3为入射电磁波极化方向示意图。
图4为等离子隐身层二维平板结构反射衰减曲线。
图5为光子晶体红外隐身层结构示意图。
图6为某型光子晶体远红外隐身层实际得到的红外光谱。
图7为等离子体和光子晶体复合隐身结构非工作状态对雷达波的吸收谱线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：
如同1-7所示，本实施例的等离子体和光子晶体复合隐身结构，包括等离子体隐身层1及光子晶体隐身薄膜2，光子晶体隐身薄膜2贴敷于等离子体隐身层1之上，图1中的附图标记3表示隐身目标，箭头表示雷达探测信号。
图2给出了等离子体隐身层的结构示意图。等离子体隐身层由多根圆柱形介质管排列组合构成，介质管的直径在1～3cm、长度根据应用对象尺寸决定，介质管内充稀有气体(He、Ne、Ar、Kr、Xe)或Hg蒸汽。在介质管两端施加交流电压，使得气体击穿从而形成柱状等离子体，并通过调节电流电压值来控制等离子体电子密度，从而控制等离子体的微波吸收性能。介质管两端交流电压调节范围：80V～230V，频率约为20～80kHz。柱状等离子体按照不同的规律排列，可分别形成二维平板结构雷达隐身层、三维曲面结构雷达隐身层。
图3给出了电磁波入射方向和极化方向与光子晶体柱体间的对应关系。入射平面波沿+y方向入射，
Figure BDA0002734114630000031
矢量垂直于x轴的情况为TE波，
Figure BDA0002734114630000032
矢量平行于x轴的情况为TM波。
图4给出了利用矢量网络分析仪和宽带喇叭天线测得的一定参数的二维平板结构等离子体雷达隐身层对入射的2～18GHz范围内的TM波的反射衰减曲线，其中单根介质管内等离子体密度为每立方米1.0×1016个电子。可以看出，等离子体隐身层对入射的2-18GHz范围内的TM波的平均反射衰减在10dB以上。
图5给出了光子晶体红外隐身层结构示意图。光子晶体红外隐身层结构为SUB|(H1L1)^2(H1L1)^2(H2L2)^4|AIR)结构的光子晶体，其中H，L分别代表两种不同的材料，H材料折射率4-6，L材料折射率1-3；SUB代表基底，AIR表示空气，“^”后的数字是周期数，H1和H2表示H材料不同的厚度，同理，H1和H2代表H不同的厚度，它们共同构成了远红外波段的高反射。
图6给出了傅里叶变换红外光谱仪测试的上述光子晶体红外隐身层的红外光谱。
图7给出了矢量网络分析仪测试的上述复合隐身结构非工作装态对雷达波的吸收性能。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种非金属材料的激光红外多波段兼容隐身薄膜，其特征在于：包括等离子体隐身层及光子晶体隐身薄膜，所述光子晶体隐身薄膜贴敷于等离子体隐身层之上；利用等离子体实现雷达频段隐身，利用光子晶体实现远红外波段隐身；
所述等离子体隐身层由多根圆柱形介质管排列组合构成，所述介质管两端施加交流电压，使得气体击穿从而形成柱状等离子体，介质管两端交流电压调节范围为80V～230V，频率约为20～80kHz。
2.根据权利要求1所述的非金属材料的激光红外多波段兼容隐身薄膜，其特征在于：所述光子晶体隐身薄膜由高折射率和低折射率非金属材料构成，其中，远红外波段的发射率≤0.4，2-18GHz的雷达波透过率≥98％。
3.根据权利要求1所述的非金属材料的激光红外多波段兼容隐身薄膜，其特征在于：所述圆柱形介质管的直径为1～3cm，且介质管内部充稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe或Hg。
4.根据权利要求1所述的非金属材料的激光红外多波段兼容隐身薄膜，其特征在于：所述等离子体通过多根圆柱形介质管的不同排列组合可分别形成二维平板结构雷达隐身层、三维曲面结构雷达隐身层。
5.根据权利要求1所述的非金属材料的激光红外多波段兼容隐身薄膜，其特征在于：所述等离子体阵列间隔一定距离排列形成组合式等离子屏，且等离子屏包括隐身和透明两种工作状态；其中，隐身状态在2-18GHz的雷达波平均反射衰减≥10dB，透明状态在2-18GHz的雷达波透过率≥98％。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115061230A (zh) * 2022-05-20 2022-09-16 中国人民解放军火箭军工程大学 双频域激光与多波段红外兼容的智能隐身复合薄膜材料

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7255062B1 (en) * 2004-05-07 2007-08-14 Higman Kumiko I Pseudo surface microwave produced plasma shielding system
CN102307425A (zh) * 2011-06-24 2012-01-04 北京大学 一种可组合式阵列等离子体发生装置
US20150285956A1 (en) * 2012-12-20 2015-10-08 3M Innovative Properties Company Method of making multilayer optical film comprising layer-by-layer self-assembled layers and articles
CN106877005A (zh) * 2017-01-13 2017-06-20 中南大学 一种超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7255062B1 (en) * 2004-05-07 2007-08-14 Higman Kumiko I Pseudo surface microwave produced plasma shielding system
CN102307425A (zh) * 2011-06-24 2012-01-04 北京大学 一种可组合式阵列等离子体发生装置
US20150285956A1 (en) * 2012-12-20 2015-10-08 3M Innovative Properties Company Method of making multilayer optical film comprising layer-by-layer self-assembled layers and articles
CN106877005A (zh) * 2017-01-13 2017-06-20 中南大学 一种超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
强勇等: "等离子体选择性隐身技术在未来陆军装备的应用分析", 《火控雷达技术》 *
程立等: "等离子体柱阵列应用于目标隐身的可行性分析", 《舰船电子对抗》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115061230A (zh) * 2022-05-20 2022-09-16 中国人民解放军火箭军工程大学 双频域激光与多波段红外兼容的智能隐身复合薄膜材料
CN115061230B (zh) * 2022-05-20 2023-08-11 中国人民解放军火箭军工程大学 双频域激光与多波段红外兼容的智能隐身复合薄膜材料

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