一种基于幅度调制的宽频带可重构材料

摘要

本发明涉及一种基于幅度调制的宽频带可重构材料；所述可重构材料依次包括可控超表面层、介质背衬层和表面覆铜层；可控超表面层由超表面焊接PIN二极管组成；超表面由覆铜层加工多个超表面单元而成；每个超表面单元之间加载有一个PIN二极管；所述可重构材料还包括馈电网络，多个超表面单元并联在一起，每个超表面单元的两端通过馈电网络施加电流从而实现通过调节PIN二极管两端的电压大小来调节PIN二极管的电阻大小，进而实现可重构材料的反射率幅度动态可调。本发明中的可重构材料是一种宽频带范围内反射率幅度可调控的人工电磁材料，具有可靠、适用的特点，有很好的推广和适用价值，广泛的推广应用后会产生良好的军事效益和经济效益。

权利要求

1.一种基于幅度调制的宽频带可重构材料，其特征在于：所述宽频带可重构材料依次包括可控超表面层、介质背衬层和表面覆铜层；

所述可控超表面层由超表面焊接PIN二极管组成；所述超表面由覆铜层加工多个超表面单元而成；每个所述超表面单元之间加载有一个所述PIN二极管；所述可控超表面层还包括馈电网络，多个所述超表面单元通过馈电网络并联在一起，并通过馈电网络施加电流从而实现通过调节PIN二极管两端的电压大小来调节PIN二极管的电阻大小，进而实现所述宽频带可重构材料在宽频带的反射率幅度大动态可调；

所述超表面单元是一个上下对称结构，每半个超表面单元共由N个宽度相同、长度不同的长方形组成；第n个长方形的长度用Ln表示，其中1≤n≤N；N＝7；

L1＝L7＝0.8mm；L2＝L6＝1.6mm；L3＝L5＝2.4mm；L4＝3.6mm；

所述PIN二极管加载在两半个超表面单元之间；

所述PIN二极管的等效电阻为200～10000ohm；当PIN二极管的等效电阻在200～

10000ohm之间变化时，在频带6.5～9.5GHz之间，所述宽频可重构材料的反射率可调控幅度为30dB；所述宽频带可重构材料的工作原理是：工作时，电磁波首先入射到可控超表面层，依次穿过介质背衬层，入射到表面覆铜层表面；在表面覆铜层表面产生反射，反射波依次穿过介质背衬层、可控超表面层，在可控超表面层表面反射波与入射波之间相互干涉，使回波能量降低，从而产生隐身效果；所述超表面具有频率滤波功能，当电磁波照射到超表面上时，频率处于通带带宽内的电磁波顺利通过，频率处于通带带宽外的电磁波被直接反射。

2.根据权利要求1所述的宽频带可重构材料，其特征在于：多个所述超表面单元阵列排布在所述覆铜层中。

3.根据权利要求1所述的宽频带可重构材料，其特征在于：当所述PIN二极 管的等效电阻为200ohm时，所述宽频带可重构材料的反射率幅度最低；

所述宽频带可重构材料的反射率幅度随着PIN二极管的等效电阻的增大而增大。

4.根据权利要求1或2所述的宽频带可重构材料，其特征在于：所述介质背衬层采用相对介电常数为2～5的材料制成。

5.根据权利要求1或2所述的宽频带可重构材料，其特征在于：所述介质背衬层的厚度为1～4mm。

6.根据权利要求1或2所述的宽频带可重构材料，其特征在于：所述表面覆铜层的厚度为16～20um。

7.根据权利要求6所述的宽频带可重构材料，其特征在于：所述表面覆铜层的厚度为18um。

说明书

一种基于幅度调制的宽频带可重构材料

技术领域

[0001] 本发明属于自适应伪装技术领域，尤其涉及一种基于幅度调制的宽频带可重构材料。

背景技术

[0002] 伪装就是指利用声、光、电等多种技术手段，改变目标本身原特征信息，降低或消除目标的可探测特征，实现目标的“隐真”；或模拟目标的可探测特征，仿制假目标以“示假”。常用的伪装技术手段主要包括迷彩伪装、遮障伪装、烟幕伪装、示假伪装等。

[0003] 面对高技术探测和精确制导武器的不断发展，车辆、人员、固定设施等地面目标的安全和生存受到严重的威胁，传统的迷彩伪装、植物伪装、遮障伪装、假目标等静态伪装技术已不能适应环境变化，严重影响了地面目标的生存率。

[0004] 自适应伪装技术是一种能够自动获取周围环境条件及其变化的信息，随后进行判断、处理、反应，以改变自身可探测特征，使目标与环境完美融合的智能化伪装技术。

[0005] 以上所述伪装技术大多针对可见光及红外波段，但是随着雷达探测技术的飞速发展，针对雷达波段的伪装技术越来越重要。雷达波自适应伪装技术是指地面装备根据环境信息变化(包括周围地表环境及威胁电磁环境)，通过电调谐改变自身散射特性，以适应敌方雷达威胁环境并与周围地表环境相协调。其中，敌方雷达威胁环境主要是指敌方雷达的威胁频率、极化、擦地角等；周围地表环境主要是指草地、丛林、沙漠、沥青、水泥等地面环境。雷达波自适应伪装即是在敌方威胁频率变化的同时，地面目标通过自适应调节，始终保持与周围地表环境的散射特性一致，达到迷惑对方的目的。

[0006] 目前，雷达波自适应伪装技术的关键是研制一种电磁散射幅度可调可控的人工电磁材料，称之为可重构材料。可重构材料是一种能够通过电调控实现反射率幅度调控的材料。

[0007] 因此，针对目标伪装需求，解决现有伪装网无法适应多种地形地貌伪装的矛盾，非常有必要提供一种宽频带范围内反射率幅度可调控的人工电磁材料。

发明内容

[0008] 为了解决现有伪装网无法适应多种地形地貌伪装的矛盾，本发明提供了一种基于幅度调制的宽频带可重构材料；本发明中的宽频带可重构材料是一种宽频带范围内反射率幅度可调控的人工电磁材料。

[0009] 为了实现上述目的，本发明提供了一种基于幅度调制的宽频带可重构材料，所述宽频带可重构材料依次包括可控超表面层、介质背衬层和表面覆铜层；所述可控超表面层由超表面焊接PIN二极管组成；所述超表面由覆铜层加工多个超表面单元而成；每个所述超表面单元之间加载有一个所述PIN二极管；所述可控超表面层还包括馈电网络，多个所述超表面单元通过馈电网络并联在一起，并通过馈电网络施加电流从而实现通过调节PIN二极管两端的电压大小来调节PIN二极管的电阻大小，进而实现所述宽频带可重构材料的反射率幅度动态可调。。

[0010] 优选地，多个所述超表面单元阵列排布在所述覆铜层中。

[0011] 优选地，所述超表面单元是一个上下对称结构，每半个超表面单元共由N个宽度相同、长度不同的长方形组成；第n个长方形的长度用Ln表示，其中1≤n≤N；

[0012] Ln的取值符合以下规则：

[0013] (1)取值范围为0.5～10mm；

[0014] (2)N为奇数；

[0015] (3) 值最大；

[0016] (4)Ln＝L(N+1‑n)。

[0017] 优选地，所述PIN二极管加载在两半个超表面单元之间。

[0018] 优选地，所述PIN二极管的等效电阻为200～10000ohm。

[0019] 优选地，当所述PIN二级管的等效电阻为200ohm时，所述宽频带可重构材料的反射率幅度最低；所述宽频带可重构材料的反射率幅度随着PIN二极管的等效电阻的增大而增大。

[0020] 优选地，所述介质背衬层采用相对介电常数为2～5的材料制成。

[0021] 优选地，所述介质背衬层的厚度为1～4mm。

[0022] 优选地，所述表面覆铜层的厚度为16～20um。

[0023] 优选地，所述表面覆铜层的厚度为18um。

[0024] 本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

[0025] (1)本发明中的所述宽频带可重构材料是一种宽频带范围内反射率幅度可调控的人工电磁材料，通过调节合适的电流可以实现整个所述宽频带可重构材料与自由空间的阻抗匹配，使所述宽频带可重构材料反射率最低；调节其他电流则会造成阻抗失配，进而使所述宽频带可重构材料反射率幅度动态可调。

[0026] (2)本发明通过优选的超表面单元形状、介质背衬层厚度及介电常数等参数实现了宽频带范围内反射率幅度调控；在本发明中，当PIN二极管等效电阻为200ohm时，所述宽频带可重构材料的反射率幅度最低，随电阻值增大，所述宽频带可重构材料的反射率幅度增大；当所述PIN二极管等效电阻在200～10000ohm之间变化时，在6.5～9.5GHz之间，所述宽频带可重构材料的反射率可调控幅度约为30dB。

[0027] (3)本发明中的所述宽频带可重构材料具有可靠、适用的特点，有很好的推广和适用价值，广泛的推广应用后会产生良好的军事效益和经济效益。

附图说明

[0028] 本发明附图仅仅为说明目的提供，图中各部分的尺寸与大小不一定与实际产品一致。

[0029] 图1是本发明中的基于幅度调制的宽频带可重构材料的结构示意图。

[0030] 图2是本发明中的基于幅度调制的宽频带可重构材料包括的可控超表面层的组成示意图。

[0031] 图3是本发明中的可控超表面层包括的超表面单元的示意图。

[0032] 图4是本发明中的基于幅度调制的宽频带可重构材料在垂直极化方向的反射率曲线图。图中，横坐标Frequency表示频率，单位为GHz，纵坐标Reflectivity表示反射率，单位为dB；VV极化表示垂直极化方向。

[0033] 图1至图3中：1：可控超表面层；2：介质背衬层；3：表面覆铜层；4：超表面；41：超表面单元；5：PIN二极管；6：馈电网络。

具体实施方式

[0034] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 本发明针对目标伪装需求，解决现有伪装网无法适应多种地形地貌伪装的矛盾，提出一种雷达波自适应伪装解决方案，重点研发了一种宽频带范围内反射率幅度可调控的人工电磁材料，即为一种基于幅度调制的宽频带可重构材料。图1是本发明中的基于幅度调制的宽频带可重构材料的结构示意图；图2是本发明中的基于幅度调制的宽频带可重构材料包括的可控超表面层的组成示意图(图2是图1中的可控超表面层沿A‑A的截面结构示意图)；图3是本发明中的可控超表面层包括的超表面单元的示意图；图4是本发明中的基于幅度调制的宽频带可重构材料在垂直极化方向的反射率曲线图。

[0036] 本发明提供的基于幅度调制的宽频带可重构材料(简记为宽频带可重构材料)，是由一种双面覆铜印制电路板研制而成，结构如图1所示；所述宽频带可重构材料依次包括可控超表面层1、介质背衬层2和表面覆铜层3；其中，所述可控超表面层1由超表面4焊接PIN二极管5组成，例如，如图2所示；所述超表面4由覆铜层加工多个超表面单元41而成，所述超表面单元41的结构例如如图3所示；每个所述超表面单元41之间加载有一个所述PIN二极管5；所述宽频带可重构材料还包括馈电网络6，多个所述超表面单元41通过馈电网络并联在一起，每个所述超表面单元41的两端通过所述馈电网络6施加电流从而实现通过调节PIN二极管5两端的电压大小来调节PIN二极管5的电阻大小，进而实现所述宽频带可重构材料的反射率幅度动态可调；在本发明中，也将超表面单元记作周期单元；在本发明中，所述表面覆铜层与所述覆铜层一样，均在表面覆有铜。

[0037] 本发明中的所述宽频带可重构材料的工作原理是：工作时，电磁波首先入射到可控超表面层1，依次穿过介质背衬层2，入射到表面覆铜层3表面；在表面覆铜层3表面产生反射，反射波依次穿过介质背衬层2、可控超表面层1，在可控超表面层1表面反射波与入射波之间相互干涉，使回波能量降低，从而产生隐身效果。超表面4具有频率滤波功能，当电磁波照射到超表面4上时，频率处于通带带宽内的电磁波顺利通过，频率处于通带带宽外的电磁波被直接反射。PIN二极管5加载在超表面4单元之间。通过调节PIN二极管5两端电压大小来调节PIN二极管的电阻大小，调节合适的电流可以实现整个所述宽频带可重构材料与自由空间的阻抗匹配，使本发明所述的宽频带可重构材料反射率最低；调节其他电流则会造成阻抗失配，进而使本发明所述的宽频带可重构材料反射率幅度动态可调。

[0038] 本发明中的所述宽频带可重构材料是一种宽频带范围内反射率幅度可调控的人工电磁材料，通过调节合适的电流可以实现整个所述宽频带可重构材料与自由空间的阻抗匹配，使所述宽频带可重构材料反射率最低；调节其他电流则会造成阻抗失配，进而使所述宽频带可重构材料反射率幅度动态可调。本发明中的所述宽频带可重构材料具有可靠、适用的特点，有很好的推广和适用价值，广泛的推广应用后会产生良好的军事效益和经济效益。

[0039] 根据一些优选的实施方式，多个所述超表面单元阵列排布在所述覆铜层中，例如，如图2所示；图2是为多个所述超表面单元阵列排布示意图，所有超表面单元并联在一起，统一加载电流。

[0040] 根据一些优选的实施方式，如图3所示，所述超表面单元是一个上下对称结构，每半个超表面单元共由N个宽度相同、长度不同的长方形组成；N个所述长方形的长度分别为L1、L2、L3…Ln，第n个长方形的长度用Ln表示，其中1≤n≤N；

[0041] Ln的取值符合以下规则：

[0042] (1)取值范围为0.5～10mm；

[0043] (2)N为奇数，优选的是，N为不小于3的奇数；

[0044] (3) 值最大；

[0045] (4)Ln＝L(N+1‑n)。

[0046] 本发明通过优选的超表面单元形状、介质背衬层厚度及介电常数等参数实现了宽频带范围内反射率幅度调控；在本发明中，图4为不同电阻取值时，本发明中的基于幅度调制的宽频带可重构材料在垂直极化方向的反射率曲线图；如图4所示，当PIN二极管等效电阻为200ohm时，所述宽频带可重构材料的反射率幅度最低，随电阻值增大，所述宽频带可重构材料的反射率幅度增大；当所述PIN二极管等效电阻在200～10000ohm之间变化时，在6.5～9.5GHz之间，所述宽频带可重构材料的反射率可调控幅度约为30dB；在本发明中，单位“ohm”表示电阻单位欧姆。

[0047] 根据一些优选的实施方式，所述PIN二极管5加载在两半个超表面单元41之间，例如，如图2和图3所示。

[0048] 根据一些优选的实施方式，所述PIN二极管的等效电阻为200～10000ohm；在本发明中，选择合适的PIN二极管型号，即可实现PIN二极管的等效电阻在200～10000ohm的范围内变化。

[0049] 根据一些优选的实施方式，当所述PIN二级管的等效电阻为200ohm时，所述宽频带可重构材料的反射率幅度最低；所述宽频带可重构材料的反射率幅度随着PIN二极管的等效电阻的增大而增大。

[0050] 根据一些优选的实施方式，所述介质背衬层2采用相对介电常数为2～5的材料制成；在本发明中，所述介质背衬层2例如可以采用FR4材料制成。

[0051] 根据一些优选的实施方式，所述介质背衬层2的厚度为1～4mm(例如1、1.5、2、2.5、3、3.5或4mm)。

[0052] 根据一些优选的实施方式，所述表面覆铜层3的厚度为16～20um(例如16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5或20um)；在本发明中，所述表面覆铜即为表面覆铜的覆铜层。

[0053] 根据一些优选的实施方式，所述表面覆铜层3的厚度为18um。

[0054] 特别说明的是，在本发明中，在所述超表面4中，用于加工多个超表面单元41的覆铜层的厚度例如可以与所述表面覆铜层3的厚度相同。

[0055] 本发明对材料的相对介电常数、厚度、超表面单元的形状尺寸经过优化得到上述最终优选的参数，在这一组合参数下，反射率幅度可控范围及工作带宽可以达到一个最优的效果，即能达到宽频带、大动态幅度调控效果。

[0056] 在一些具体的实施方式，所述基于幅度调制的宽频带可重构材料，包括：可控超表面层1，还包括：介质背衬层2和表面覆铜层3。其中，所述的可控超表面层1，包括：超表面4和PIN二极管5。基于幅度调制的宽频带可重构材料是由一种双面覆铜印制电路板研制而成，可控超表面层1由超表面4焊接PIN二极管5组成，超表面4是由覆铜层加工多个超表面单元41而成。

[0057] 图2为超表面单元的阵列排布示意图，所有超表面单元41通过馈电网络并联在一起，统一加载电流。如图3所示，超表面单元41是一个上下对称结构，每半个超表面单元共由N个宽度相同、长度不同的长方形组成；N个所述长方形的长度分别为L1、L2、L3…Ln，第n个长方形的长度用Ln表示，其中1≤n≤N；

[0058] Ln的取值符合以下规则：

[0059] (1)取值范围为0.5～10mm；

[0060] (2)N为奇数，优选的是，N为不小于3的奇数，例如，N可以为3、5、7、9等；

[0061] (3) 值最大；

[0062] (4)Ln＝L(N+1‑n)。

[0063] 介质背衬层采用相对介电常数为2～5的材料，厚度取值范围为1mm～4mm；表面覆铜层为厚度18um的铜层。

[0064] 在一个更具体的实施方式中，如图3所示，超表面单元是一个上下对称结构，每半个超表面单元共由7个宽度相同、长度不同的长方形组成；7个所述长方形的长度取值分别为L1＝L7＝0.8mm，L2＝L6＝1.6mm，L3＝L5＝2.4mm，L4＝3.6mm；介质背衬层采用相对介电常数为2.65的材料制成，介质背衬层的厚度为4mm，表面覆铜层为厚度18um的铜层；图4所示为不同电阻取值时，该具体实施方式中的基于幅度调制的宽频带可重构材料在垂直极化方向的反射率曲线图；选择合适的PIN二极管型号，即可实现其等效电阻200～10000ohm的变化范围；当PIN二极管等效电阻为200ohm时，所述宽频带可重构材料的反射率幅度最低，随电阻值增大，所述宽频带可重构材料的反射率幅度增大；当PIN二极管的等效电阻在200～10000ohm之间变化时，在6.5～9.5GHz之间，所述宽频可重构材料的反射率可调控幅度约为
30dB。

[0065] 本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

[0066] 最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。