CN113745841A - 共形电磁隐身超表面及其设计方法 - Google Patents

共形电磁隐身超表面及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及共形电磁隐身超表面及其设计方法，设计方法包括：根据所需隐身性能指标设计平面棋盘式超表面结构，得到关键结构参数；在目标曲面表面上生成超表面的金属地面层，再在金属地面层上生成超表面的电介质层；将电介质层外表面A展平成平面B；用一个矩形平面C完全覆盖平面B；将矩形平面C均分为m×n的网格，利用混沌系统设计矩形平面C上正方形电磁带隙结构排布方式，按该排布方式在矩形平面C上布置微带贴片；根据平面B与矩形平面C的关系得到平面B上微带贴片布置方案，根据该方案在平面B上布置微带贴片；将布置有微带贴片的平面B还原到曲面A形态，完成设计。本发明解决了目前缺乏为任意曲面目标设计电磁隐身超表面的问题。

Description

共形电磁隐身超表面及其设计方法
技术领域
本发明涉及电磁隐身技术领域，尤其涉及为任意曲面目标设计共形电磁隐身超表面。
背景技术
超表面是一类亚波长的人工周期结构，可通过对组成单元结构和排布的调控实现对电磁波的重定向或漫反射。超表面的原始形态是在有“地”的介电材料板材上周期性地布列不同形状和尺寸的金属贴片，这些不同的贴片与基质和“地”构成的单元，具有不同的电磁反射相位。这些相位通常会被设计成相差约180°，从而使反射波的干涉相消，形成漫反射，达到电磁隐身的目的。
此外，吸波也是隐身超表面的一个研究方向，原理是通过特定的谐振体的规则排列，对入射探测波以谐振的方式进行衰减吸收。但是，通过吸波机理设计的超表面，其有效频段非常窄且难以调节。近年来出现的柔性超表面，虽然可以采用液态谐振体调节吸波中心频点，但并没有拓宽有效频段。但是，随着材料科学的不断进步，吸波超表面的带宽问题有望得到改善。
除漫反射和吸波机理外，重定向也是电磁隐身超表面的一种重要机理，目前最常见的实现方式是编码超表面，其思路是安排超表面上的单元，使它们具有若干种反射相位。被这些阵元反射的电磁波束，综合起来传播到预设的特定方向或多个方向，并能构造出传统材料与传统技术不能实现的超常规媒质参数，进而对电磁波进行高效灵活的调控，从而达到隐身的目的。该技术也常被用到阵列天线中，从而实现天线的小型化、平板化。
相比于传统吸波材料，超表面具有方便设计、厚度薄、质量轻、成本低的特点。其中，漫反射隐身超表面由于制备简单，有效频带更宽，获得了较多的关注，并且在2GHz～10GHz段吸波方面国内已有不少成果积累，而据近几年最新的成果报道，在毫米波段上，仍可以通过同样的原理设计超表面，实现可观的RCS削减效果。
目前，超表面在军事上的应用包括：(1)频率选择表面，被用于隐身飞机的雷达罩；(2)雷达隐身，被用于遮挡局部的、平面的强散射源。然而，超表面的潜在应用价值绝不仅限于此，可以预见在不久的将来会取得更多的突破。例如，超表面在光学材料(全息成像、超薄透镜、光束偏转、光集成器件等)、声学材料、热学材料、微波材料方面都取得了长足进步，并部分付诸应用。其中，超表面在微波防护方面潜力巨大，使之倍受瞩目。
但是，超表面目前的状况与实用化仍存在一定的距离。其中，共形设计是关键，也是基础。共形不仅是指与目标曲面无缝贴合，而且需要保持超表面应有的效能。目前的超表面设计和实现主要是小尺寸平面，而不论舰船还是飞机，都存在各种各样的外形，如圆柱、圆锥、折角、尖劈、凸出物等，甚至是其他不规则曲面，如果超表面不能与目标共形，就无法广泛而有效地使用。平面设计的超表面在弯曲之后，会发生形状、入射、折射和反射方向的各种变化，使整体的散射效果与平面超表面大相径庭。可以说，平面超表面的设计是不直接适用于曲面情况的。不规则曲面的曲率处处不同，使电磁波的散射变得异常复杂，从而给超表面的设计带来许多难题。
需要强调的是，这里所指的共形，是与任意曲面完全贴合，而并非有限的几种规则曲面对象。实际上，目前对共形超表面及其电磁特性的研究是相当匮乏的。然而，共形隐身超表面的设计，目前仍处于初步阶段，仅有的报道仅限于一些规则曲面外形的刚性超表面或柔性超表面的简单弯曲，并不能实现对任意曲面的共形。导致这种局面最重要的原因是：在任意曲面上设计超表面时，电磁特性计算是异常困难的，从而难以针对需要隐身的频段、幅度、角度等指标反向设计出超表面的材质、尺寸、结构等参数，这与平面或规则曲面上的设计是完全不同的。因此，提出一种能够保持电磁隐身效能的共形超表面设计方法，具有非常重要的意义。例如，在装备隐身设计中，将可减轻对外形设计的限制，从而有效降低对整个设计工作的约束，甚至可以为一些老式装备赋予一定的隐身能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共形电磁隐身超表面及其设计方法，解决目前缺乏为任意曲面目标设计电磁隐身超表面的问题。
为了达到上述的目的，本发明提供一种共形电磁隐身超表面设计方法，包括：步骤1，根据所需隐身性能指标设计平面棋盘式超表面结构，得到关键结构参数；所述关键结构参数包括金属地面层厚度h_bottom，电介质层厚度h_subs，微带贴片厚度h_patches，微带贴片单元的长度a和宽度b，每个正方形电磁带隙结构单边包含的微带贴片单元数k；步骤2，在目标曲面表面上生成超表面的金属地面层，再在金属地面层上生成超表面的电介质层，金属地面层和电介质层的厚度分别为h_bottom和h_subs；步骤3，将电介质层外表面A展平成平面B；步骤4，用一个矩形平面C完全覆盖平面B，且矩形平面C的长sa和宽sb分别为k×a和k×b的整数倍，倍数分别设为m和n；步骤5，将矩形平面C均分为m×n的网格，利用混沌系统设计矩形平面C上正方形电磁带隙结构排布方式，按该排布方式在矩形平面C上布置微带贴片；步骤6，根据平面B与矩形平面C的关系得到平面B上微带贴片布置方案，根据该方案在平面B上布置微带贴片，微带贴片厚度为h_patches；步骤7，将布置有微带贴片的平面B还原到曲面A形态，完成共形电磁隐身超表面设计。
上述共形电磁隐身超表面设计方法，其中，微带贴片单元按微带贴片的形状分为若干类；一个正方形电磁带隙结构包含k×k个微带贴片单元，且该k×k个微带贴片单元类型相同；根据正方形电磁带隙结构所包含的微带贴片单元的类型，正方形电磁带隙结构亦分为若干类。
上述共形电磁隐身超表面设计方法，其中，所述步骤5中，矩形平面C上的一个网格对应一个正方形电磁带隙结构，利用混沌系统设计矩形平面C上每个网格对应的正方形电磁带隙结构的类型，即得所述排布方式。
上述共形电磁隐身超表面设计方法，其中，为每类微带贴片单元赋予一个代码；用正方形电磁带隙结构所包含的微带贴片单元的代码作为该正方形电磁带隙结构的代码。
上述共形电磁隐身超表面设计方法，其中，所述步骤5中，选用一种混沌系统生成m×n维混沌矩阵，将该混沌矩阵的元素归一化得到反射相位代码矩阵M，依据反射相位代码矩阵M在矩形平面C上布置相应类型的正方形电磁带隙结构。
上述共形电磁隐身超表面设计方法，其中，所述步骤6中，根据平面B与矩形平面C的位置相对关系，将矩形平面C上微带贴片布置图案投影到平面B上即可得到平面B轮廓范围内的微带贴片布置图案。
上述共形电磁隐身超表面设计方法，其中，使用工业设计软件功能模块完成各步骤。
本发明提供的另一技术方案是一种共形电磁隐身超表面，采用上述共形电磁隐身超表面设计方法设计而成。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1)本发明的共形电磁隐身超表面设计方法对目标曲面没有限制；
2)本发明的共形电磁隐身超表面设计方法，在大幅度减少阵元排布时间的同时还能提高了建模的精确度；
3)本发明的共形电磁隐身超表面设计方法，可以大幅拓展有效隐身的频率范围，并对极化不敏感；
4)本发明的共形电磁隐身超表面设计方法，针对隐身频段目标需求进行设计，相较传统超表面设计思路，可简化后期大量的调整工作。
附图说明
本发明的共形电磁隐身超表面及其设计方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明较佳实施例的共形电磁隐身超表面设计方法的流程图。
图2为本发明较佳实施中微带贴片单元示意图。
图3为平面棋盘式超表面结构示意图。
图4为本发明较佳实施中目标曲面示意图。
图5为本发明较佳实施中将电介质层外表面展平为平面B的效果图。
图6为本发明较佳实施中完全覆盖矩形平面B的矩形平面C的示意图。
图7为本发明较佳实施中反应扩散Lorenz混沌系统的状态运行轨迹图。
图8为本发明较佳实施中反射相位代码矩阵M示意图。
图9为本发明较佳实施中生成的共形电磁隐身超表面示意图。
图10为单站雷达设置示意图。
图11为单站水平极化时RCS削减效果曲线图。
图12为单站垂直极化时RCS削减效果曲线图。
图13为双站雷达设置示意图(接收机以水平150°位置时为例)。
图14为双站水平极化、15.6GHz时RCS削减效果曲线图。
图15为双站垂直极化、15.6GHz时RCS削减效果曲线图。
图16为本发明设计方法生成的一张任意混沌电磁隐身超表面示意图。
图17为不同弯曲度的电磁隐身超表面与平面棋盘式超表面的RCS比较图。
图18为不同弯曲度的曲面图。
具体实施方式
以下将结合图1～图18对本发明的共形电磁隐身超表面及其设计方法作进一步的详细描述。
本发明的共形电磁隐身超表面设计方法包括如下步骤：
步骤1，根据所需隐身性能指标设计平面棋盘式超表面结构作为备用，得到关键结构参数；
所述关键结构参数包括：金属地面层厚度h_bottom，电介质层厚度h_subs，微带贴片厚度h_patches，微带贴片单元的长度a和宽度b，每个正方形电磁带隙结构(Electromagnetic band-gap，缩写为EBG)单边包含的微带贴片单元数k；
微带贴片单元按微带贴片的形状分为若干类，为每类微带贴片单元赋予一个代码；一个正方形电磁带隙结构包含k×k个微带贴片单元，且该k×k个微带贴片单元类型相同，即同一正方形电磁带隙结构的微带贴片单元类型相同；根据正方形电磁带隙结构所包含的微带贴片单元的类型，正方形电磁带隙结构亦分为若干类，用正方形电磁带隙结构所包含的微带贴片单元的代码作为该正方形电磁带隙结构的代码；
步骤2，使用工业设计软件中的“曲面偏移生成实体”功能，在目标曲面表面上生成超表面的金属地面层，再在金属地面层上生成超表面的电介质层，金属地面层和电介质层的厚度分别为h_bottom和h_subs；
厚度是法向厚度，利用工业设计软件生成超表面的金属地面层时，金属地面层的法向厚度应均匀且一致；同样地，利用工业设计软件生成超表面的电介质层时，电介质层的法向厚度应均匀且一致；
常用工业设计软件如Rhino、UG、PROE等；
步骤3，将电介质层外表面A展平成平面B；
步骤2生成的电介质层与目标曲面共形；
步骤4，用一个矩形平面C完全覆盖平面B，且矩形平面C的长sa和宽sb分别为k×a和k×b的整数倍，倍数分别设为m和n；
步骤5，将矩形平面C均分为m×n的网格，利用混沌系统设计矩形平面C上正方形电磁带隙结构排布方式，按该排布方式在矩形平面C上布置微带贴片；
矩形平面C上的一个网格对应一个正方形电磁带隙结构，利用混沌系统设计矩形平面C上每个网格对应的正方形电磁带隙结构的类型，得到所述排布方式；
步骤6，根据平面B与矩形平面C的关系得到平面B上微带贴片布置方案，根据该方案在平面B上布置微带贴片，微带贴片厚度为h_patches；
根据平面B与矩形平面C的位置相对关系，将矩形平面C上微带贴片布置图案投影到平面B上即可得到平面B轮廓范围内的微带贴片布置图案，即得到平面B上微带贴片布置方案；
步骤7，将布置有微带贴片的平面B还原到曲面A形态，完成共形电磁隐身超表面设计。
本发明的共形电磁隐身超表面设计方法采用“投影映射设计法”，特点在于步骤3的“展平”和步骤7的“还原”，实际上是将平面的微带贴片阵列法向投影到了目标曲面之上。
本发明的共形电磁隐身超表面设计方法，特点在于超表面使用混沌分布的微带贴片阵列阵列，其突出优点是可以在很大程度上保证弯曲共形后的超表面与平面超表面具有一致的RCS削减频率范围，并对入射波的极化不敏感。
现以具体实施例详细说明本发明的共形电磁隐身超表面设计方法。
本实施例的目标为设计一种至少能在15.6GHz频率附近具有隐身效果的(频率范围更宽则更佳)、能够与一张任意目标曲面共形的超表面。
本实施例使用的工业设计软件为Rhino软件。
图1所示为本发明较佳实施例的共形电磁隐身超表面设计方法的流程图。如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1，根据上述目标使用Floquet方法设计平面棋盘式超表面结构，使其相较同形状光滑金属平面的RCS削减频段中心约为38GHz；
该平面棋盘式超表面结构的关键结构参数为：
金属地面层厚度h_bottom＝0.1mm，电介质层厚度h_subs＝6.35mm，微带贴片厚度h_patches＝0.1mm，微带贴片单元的长度a和宽度b均为15mm，EBG单边包含的微带贴片单元数k＝4，故EBG的长度和宽度均为60mm；
微带贴片单元包括金属地面层，设置在金属地面层上的电介质层，以及布置在电介质层上的微带贴片；微带贴片的形状可以是方形、圆形、三角形等等；根据微带贴片的形状不同，微带贴片单元分为不同类型；本实施例中，微带贴片单元有两种类型，第一类微带贴片单元，其微带贴片为方形，该方形微带贴片边长为13mm，用代码1表示第一类微带贴片单元，第二类微带贴片单元，其微带贴片为圆形，圆形微带贴片半径为3mm，用代码0表示第二类微带贴片单元，如图2所示；
本实施例中，每个EBG由4×4＝16个微带贴片单元组成(即EBG为微带贴片单元阵列)，同一EBG的16个微带贴片单元类型相同；根据微带贴片单元类型不同，EBG分为不同类型，有第一类微带贴片单元组成的EBG亦用代码1表示，由第二类微带贴片单元组成的EBG亦用代码0表示；
平面棋盘式超表面结构为EBG阵列，如图3所示；
步骤2，设目标曲面为如图4所示的一张任意曲面，使用Rhino软件中的“offset”功能，在该目标曲面上生成金属地面层，其法向厚度h_bottom为0.1mm，再在金属地面层上生成电介质层，其法向厚度h_subs为6.35mm；
步骤3，将电介质层外表面A展平成平面B，如图5所示；
步骤4，用一个矩形平面C完全覆盖平面B，且矩形平面C的长sa和宽sb分别为k×a和k×b的整数倍，本实施例中倍数分别为m＝26和n＝34，故矩形平面C的长sa＝156cm，矩形平面C的宽sb＝204cm，如图6所示；
步骤5，将矩形平面C均分为26×34的网格，选用Lorenz反应扩散混沌系统生成26×34维反射相位代码矩阵M，反射相位代码矩阵M的元素为依混沌系统运行输出的归一化结果，在0、1二值中选取；按反射相位代码矩阵M在矩形平面C上布置相应类型的微带贴片；
Lorenz反应扩散混沌系统的微分方程组为：
Figure BSA0000249250330000081
其中，
Figure BSA0000249250330000091
为空间反应扩散项，当σ＝10.0、r＝28.0、b＝8/3、Dt＜1(i＝1，2)时，在任意初始状态下即可以产生混沌现象，状态运行轨迹如图7所示，生成的26×34维反射相位代码矩阵M如图8所示；
参见图8，矩阵M中“0”表示对应的网格布置由第二类微带贴片单元组成的EBG，在该网格中应布置16个圆形微带贴片，可将该网格再均匀细分为4×4个子网格，圆形微带贴片下表面与矩形平面C共面，圆形微带贴片的中心与子网格的中心重合；矩阵M中“1”表示对应的网格布置由第一类微带贴片单元组成的EBG，在该网格中应布置16个方形微带贴片，可将该网格再均匀细分为4×4个子网格，方形微带贴片下表面与矩形平面C共面，方形微带贴片的中心与子网格的中心重合；
步骤6，根据平面B与矩形平面C的位置相对关系，将矩形平面C上微带贴片布置图案投影到平面B上即可得到平面B轮廓范围内的微带贴片布置图案，按该微带贴片布置图案在平面B上布置微带贴片，微带贴片厚度h_patches为0.1mm；
步骤7，将布置有微带贴片的平面B还原到曲面A形态(以Rhino软件为例，可使用Squishback命令实现)，完成共形电磁隐身超表面设计，如图9所示。
图9所示形状的电磁隐身超表面与图4所示形状的光滑金属曲面相比较，单站时，单站雷达位置、单站水平RCS削减效果、单站垂直RCS削减效果分别如图10、图11、图12所示；双站时，发射机位置与单站相同，接收机在同一高度，水平位置从0°扫掠到180°，雷达位置(接收机以150°位置为例)、双站水平RCS削减效果、双站垂直RCS削减效果分别如图13、图14、图15所示。
可以看出，本实施例的混沌共形电磁隐身超表面具有良好的电磁隐身能力，相较于同形状的光滑金属目标曲面，敷设超表面后，在2GHz～50GHz范围内，单站RCS削减可达10dB左右，在6GHz以下甚至更优；双站以15.6GHz为例，发射机位置固定，接收机位置在0°～170°范围内变化，都能有RCS削减效果，仅在90°～120°效果减弱，说明超表面散射到该方向的能量较多。整体上说，在很大的角度范围均具备了较好的隐身效果，具备对抗双基地雷达探测的效能。
需要强调的是，曲面混沌超表面与平面棋盘式超表面的RCS映照关系是通过大量仿真试验验证的，以图2所述相同的微带贴片单元和图3所述相同的EBG，用本实施例的设计方法生成的超表面作为例子(如图16所示)，当该超表面的弯曲程度(DC)取不同值时，与相同大小的平面棋盘式超表面的RCS相比较，结果如图17所示，可以观察到：
(1)平面棋盘式EBG超表面与混沌EBG超表面的RCS-频率曲线和产生RCS削弱效果的频段均相似；
(2)弯曲时，棋盘式EBG超表面的RCS-频率曲线变得混乱，产生削弱效果的频段难以预测，然而混沌EBG超表面低频部分的RCS削弱频段仍然可以维持，只是随着弯曲度的增大，这种削弱频段的数量会减少，DC＝2.18rad和DC＝4.39rad时，RCS削弱频段分别为5个和3个，RCS削弱频段的中心约为5.6GHz、15.6GHz、37GHz、60GHz、80GHz(60GHz、80GHz频段仅当DC＝2.18rad时存在)，与平面混沌超表面基本一致。其中，DC的定义为：
定义：一张曲面按其u、v坐标取出(0，0)、(0，0.5)、(0.5，0)、(0.5，0.5)、(0，1)、(1，0)五个点，它们朝向曲面同侧的法向向量两两之间夹角之和称为该曲面的弯曲度(degreeof curvature，缩写为DC)，法向向量转动的方向依据u、v增大的方向。
按照该定义，可以例举不同弯曲度的曲面，如图18所示。
由于平面超表面的隐身效能是可以准确设计的，从而可以以平面EBG超表面的设计作为起点，依照图1所示的流程来设计混沌曲面超表面。
本发明的共形电磁隐身超表面设计方法，由于平面棋盘式超表面是可以精确设计的，而曲面混沌超表面又与之有RCS映照关系，这种性质是棋盘式超表面不具备的，因此这种设计方法可以是以隐身性能指标为出发点进行目标导向设计，使得设计过程具备了高度的指向性，且易于操作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.共形电磁隐身超表面设计方法，其特征在于，包括：
步骤1，根据所需隐身性能指标设计平面棋盘式超表面结构，得到关键结构参数；所述关键结构参数包括金属地面层厚度h_bottom，电介质层厚度h_subs，微带贴片厚度h_patches，微带贴片单元的长度a和宽度b，每个正方形电磁带隙结构单边包含的微带贴片单元数k；
步骤2，在目标曲面表面上生成超表面的金属地面层，再在金属地面层上生成超表面的电介质层，金属地面层和电介质层的厚度分别为h_bottom和h_subs；
步骤3，将电介质层外表面A展平成平面B；
步骤4，用一个矩形平面C完全覆盖平面B，且矩形平面C的长sa和宽sb分别为k×a和k×b的整数倍，倍数分别设为m和n；
步骤5，将矩形平面C均分为m×n的网格，利用混沌系统设计矩形平面C上正方形电磁带隙结构排布方式，按该排布方式在矩形平面C上布置微带贴片；
步骤6，根据平面B与矩形平面C的关系得到平面B上微带贴片布置方案，根据该方案在平面B上布置微带贴片，微带贴片厚度为h_patches；
步骤7，将布置有微带贴片的平面B还原到曲面A形态，完成共形电磁隐身超表面设计。
2.如权利要求1所述的共形电磁隐身超表面设计方法，其特征在于，微带贴片单元按微带贴片的形状分为若干类；一个正方形电磁带隙结构包含k×k个微带贴片单元，且该k×k个微带贴片单元类型相同；根据正方形电磁带隙结构所包含的微带贴片单元的类型，正方形电磁带隙结构亦分为若干类。
3.如权利要求2所述的共形电磁隐身超表面设计方法，其特征在于，所述步骤5中，矩形平面C上的一个网格对应一个正方形电磁带隙结构，利用混沌系统设计矩形平面C上每个网格对应的正方形电磁带隙结构的类型，即得所述排布方式。
4.如权利要求2所述的共形电磁隐身超表面设计方法，其特征在于，为每类微带贴片单元赋予一个代码；用正方形电磁带隙结构所包含的微带贴片单元的代码作为该正方形电磁带隙结构的代码。
5.如权利要求4所述的共形电磁隐身超表面设计方法，其特征在于，所述步骤5中，选用一种混沌系统生成m×n维混沌矩阵，将该混沌矩阵的元素归一化得到反射相位代码矩阵M，依据反射相位代码矩阵M在矩形平面C上布置相应类型的正方形电磁带隙结构。
6.如权利要求1所述的共形电磁隐身超表面设计方法，其特征在于，所述步骤6中，根据平面B与矩形平面C的位置相对关系，将矩形平面C上微带贴片布置图案投影到平面B上即可得到平面B轮廓范围内的微带贴片布置图案。
7.如权利要求1所述的共形电磁隐身超表面设计方法，其特征在于，使用工业设计软件功能模块完成各步骤。
8.共形电磁隐身超表面，其特征在于，采用权利要求1至权利要求7中任一权利要求所述的共形电磁隐身超表面设计方法设计而成。
CN202110893755.9A 2021-07-29 2021-07-29 共形电磁隐身超表面及其设计方法 Active CN113745841B (zh)

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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050170083A1 (en) * 2003-09-30 2005-08-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of manufacturing window having at least one of radio wave stealth property and electromagnetic wave shield property, and window material having at least one of radio wave stealth property and electromagnetic wave shield property
CN103296437A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 深圳光启创新技术有限公司 超材料板材的制造方法、超材料天线罩及其制造方法
CN104868252A (zh) * 2015-06-05 2015-08-26 东南大学 一种1-比特微波各向异性电磁编码超材料
CN106410425A (zh) * 2016-12-06 2017-02-15 复旦大学 超宽带全极化全角度旋转抛物梯度电磁隐身超表面及其设计方法
CN107565223A (zh) * 2017-07-05 2018-01-09 南京航空航天大学 一种超宽带全极化隐身随机表面及其设计方法
CN108470973A (zh) * 2018-03-09 2018-08-31 南京航空航天大学 基于缝隙加载的宽带rcs缩减超表面
CN108777367A (zh) * 2018-05-29 2018-11-09 南京理工大学 一种x波段极化不敏感电磁伪装超表面阵列
CN110085975A (zh) * 2019-05-10 2019-08-02 电子科技大学 基于强耦合效应的机翼载低散射超宽带共形相控阵
CN110994182A (zh) * 2019-12-30 2020-04-10 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所 一种s波段宽带强场自适应防护结构
WO2020244743A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-10 European Space Agency Variable metasurface antenna structures

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050170083A1 (en) * 2003-09-30 2005-08-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of manufacturing window having at least one of radio wave stealth property and electromagnetic wave shield property, and window material having at least one of radio wave stealth property and electromagnetic wave shield property
CN103296437A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 深圳光启创新技术有限公司 超材料板材的制造方法、超材料天线罩及其制造方法
CN104868252A (zh) * 2015-06-05 2015-08-26 东南大学 一种1-比特微波各向异性电磁编码超材料
CN106410425A (zh) * 2016-12-06 2017-02-15 复旦大学 超宽带全极化全角度旋转抛物梯度电磁隐身超表面及其设计方法
CN107565223A (zh) * 2017-07-05 2018-01-09 南京航空航天大学 一种超宽带全极化隐身随机表面及其设计方法
CN108470973A (zh) * 2018-03-09 2018-08-31 南京航空航天大学 基于缝隙加载的宽带rcs缩减超表面
CN108777367A (zh) * 2018-05-29 2018-11-09 南京理工大学 一种x波段极化不敏感电磁伪装超表面阵列
CN110085975A (zh) * 2019-05-10 2019-08-02 电子科技大学 基于强耦合效应的机翼载低散射超宽带共形相控阵
WO2020244743A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-10 European Space Agency Variable metasurface antenna structures
CN110994182A (zh) * 2019-12-30 2020-04-10 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所 一种s波段宽带强场自适应防护结构

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANJUN TU, THE DESIGN OF CONFORMAL AND CHAOTIC ELECTROMAGNETIC STEALTH METASURFACE FOR ARBITRARY NURBS CURVED SURFACES, pages 1 - 3 *
TAYYAB ALI KHAN，JIANXING LI，USMAN RAZA: "Design of a Metasurface with Wide RCS Reduction Bandwidth", 2019 PHOTONICS & ELECTROMAGNETICS RESEARCH SYMPOSIUM - FALL (PIERS - FALL), no. 10 *
张国瑞, 宽带周期吸波结构设计及其电磁耦合特性研究, pages 48 *

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