一种基于超材料的雷达隐身套件

摘要

本发明涉及一种基于超材料的雷达隐身套件，它包括套设在雷达车辆上的第一隐身套件和套设在雷达上的第二伪装套件，第一隐身套件包括雷达吸波基层以及刻蚀在雷达吸波基层上的光子晶体红外隐身层；第二伪装套件包括光子晶体红外隐身层以及刻蚀在光子晶体红外隐身层上方的雷达波光子晶体隐身层；雷达波光子晶体隐身层是由两种半导体介电材料刻蚀形成具有周期性电介质结构的超材料，其具有雷达波段的光子带隙同时可对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过。本发明在光子晶体中引入缺陷实现对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过，可将雷达外层的光子晶体材料作为伪装将其应用于雷达隐身上，提高武器装备的生存概率具有重要的意义。

权利要求

1.一种基于超材料的雷达隐身套件，它包括套设在雷达车辆上的第一隐身套件和套设在雷达上的第二伪装套件，第一隐身套件和第二伪装套件在保证车辆、雷达能够正常工作的同时提供车辆和雷达在微波、可见光以及红外波段的全隐身，其特征在于：所述第一隐身套件包括雷达吸波基层以及刻蚀在雷达吸波基层上的光子晶体红外隐身层；所述第二伪装套件包括光子晶体红外隐身层以及刻蚀在光子晶体红外隐身层上方的雷达波光子晶体隐身层；所述光子晶体红外隐身层是由两种半导体介电材料刻蚀形成具有周期性电介质结构的超材料，其具有可见光和红外波段的光子带隙；所述雷达波光子晶体隐身层是由两种半导体介电材料刻蚀形成具有周期性电介质结构的超材料，其具有雷达波段的光子带隙同时可对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过。

2.按照权利要求1所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述雷达吸波基层采用涂敷方法在无纺布上涂敷吸波材料制成，吸波材料是由石墨烯、磁性金属、导电高聚物组成。

3.按照权利要求2所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述半导体介电材料选用硅、碲、硒、锗或半导体化合物，同时应确保两种介电材料之间不同的折射率。

4.按照权利要求3所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述周期性电介质结构是在一个方向上具有周期性结构，而在另外两个方向上是均匀的。

5.按照权利要求3所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述周期性电介质结构是在两个方向上具有周期性结构，而在另外一个方向上是均匀的。

6.按照权利要求3所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述周期性电介质结构是在三个方向上均具有周期性结构。

7.按照权利要求1至6任一所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述雷达波光子晶体隐身层通过在光子晶体中引用缺陷的方式实现对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过，缺陷包括线缺陷和点缺陷。

8.按照权利要求7所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述线缺陷由周期性结构方向上完整晶格中改变相邻半导体介电材料的介电常数来实现。

9.按照权利要求7所述的一种基于超材料的雷达隐身套件，其特征在于：所述点缺陷由对称的改变半导体介电材料刻蚀半径的大小来实现。

说明书

一种基于超材料的雷达隐身套件

技术领域

[0001] 本发明涉及军事伪装技术领域，具体涉及一种基于超材料的雷达隐身套件。

背景技术

[0002] 随着科学的不断进步，军事侦察技术得到迅猛发展，一方面成像设备的分辨率越来越高，作用距离越来越远，雷达车辆如果不进行隐身防护，就被敌方一览无余，随时都可能被消灭；另一方面侦察探测的波段得到了进一步的拓展，可见光、红外波段和雷达波上的侦察、瞄准和精确打击武器已经被大量投入军事应用甚至民用市场。

[0003] 现有的雷达隐身往往采用金属屏蔽的方式而金属本身对己方雷达波不能有着较好的兼容效果，而作为一种人工周期结构材料，光子晶体具有优异的光子带隙特性。在光子带隙中没有任何光子态存在，频率落在光子带隙中的电磁波的自发辐射会被完全抑制，同时，由于光子晶体材料可以不采用金属，它对雷达波几乎完全是透明的，因此它和雷达波能很好的兼容，因此光子晶体广泛应用于实现可见光和红外波段的隐身，但是由于光子晶体实现可见光和红外波段的隐身在于将附着物的自身的波段反射，不能直接应该于雷达波的隐身。

发明内容

[0004] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于超材料的雷达隐身套件。

[0005] 为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于超材料的雷达隐身套件，它包括套设在雷达车辆上的第一隐身套件和套设在雷达上的第二伪装套件，第一隐身套件和第二伪装套件在保证车辆、雷达能够正常工作的同时提供车辆和雷达在微波、可见光以及红外波段的全隐身，所述第一隐身套件包括雷达吸波基层以及刻蚀在雷达吸波基层上的光子晶体红外隐身层；所述第二伪装套件包括光子晶体红外隐身层以及刻蚀在光子晶体红外隐身层上方的雷达波光子晶体隐身层；所述光子晶体红外隐身层是由两种半导体介电材料刻蚀形成具有周期性电介质结构的超材料，其具有可见光和红外波段的光子带隙；所述雷达波光子晶体隐身层是由两种半导体介电材料刻蚀形成具有周期性电介质结构的超材料，其具有雷达波段的光子带隙同时可对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过。

[0006] 进一步的，所述雷达吸波基层采用涂敷方法在无纺布上涂敷吸波材料制成，吸波材料是由石墨烯、磁性金属、导电高聚物组成。

[0007] 特别的，所述半导体介电材料选用硅、碲、硒、锗或半导体化合物，同时应确保两种介电材料之间不同的折射率。

[0008] 进一步的，所述周期性电介质结构是在一个方向上具有周期性结构，而在另外两个方向上是均匀的。

[0009] 再进一步的，所述周期性电介质结构是在两个方向上具有周期性结构，而在另外一个方向上是均匀的。

[0010] 更进一步的，所述周期性电介质结构是在三个方向上均具有周期性结构。

[0011] 特别的，所述雷达波光子晶体隐身层通过在光子晶体中引用缺陷的方式实现对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过，缺陷包括线缺陷和点缺陷。

[0012] 进一步的，所述线缺陷由周期性结构方向上完整晶格中改变相邻半导体介电材料的介电常数来实现。

[0013] 再进一步的，所述点缺陷由对称的改变半导体介电材料刻蚀半径的大小来实现。

[0014] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

[0015] 本发明将光子晶体的带隙特性应用于军事隐身伪装领域，得到在可见光和红外波段具备迷彩的效果，同时在光子晶体中引入缺陷实现对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过，可将雷达外层的光子晶体材料作为伪装

[0016] 将其应用于雷达隐身上，对于保护我军重要军事目标，提高武器装备的生存概率具有重要的意义。

附图说明

[0017] 图1为本发明一维光子晶体结构示意图；

[0018] 图2为本发明二维光子晶体以及透射谱的示意图；

[0019] 图3为本发明二维缺陷光子晶体（增大点缺陷的半径）以及透射谱的示意图；

[0020] 图4为本发明二维缺陷光子晶体（减少点缺陷的半径）以及透射谱的示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

[0022] 本发明旨在通过光子晶体实现雷达的隐身，光子晶体是一种人工周期结构材料，其具有优异的光子带隙特性，在光子带隙中没有任何光子态存在，频率落在光子带隙中的电磁波的自发辐射会被完全抑制，而光子晶体又是一种周期性电介质结构，根据方向上周期性的个数分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体，针对一维光子晶体特征矩阵法可以很方便的计算有限周期结构光子晶体的反射谱和透射谱，且能方便的计算能带结构，相比平面波展开法，它还可以计算色散和有耗材料的能带：

[0023] 参照图1，当入射平面波以角度  从介质１入射到介质２表面时，会在入射表面产生反射波和透射波，如果假设电磁波在介质１和介质２中的电场和磁场的切向分量分别为和 ，两种介质的折射率为   和 ，在介质２中的折射角为  ，介质１的厚度为 ，介质２的厚度为 ，则两种介质的电场和磁场满足以下关系：

[0024]

[0025] 其中， ；对于由多层结构构成的一维光子晶体，可将上式逐层依次相乘，从而得到 层结构的特征矩阵。假设第 层和第层介质中的电场和磁场的切向分量为  以及  ，则 
  ,式中 是第  层介质的特征矩阵, 总的特征矩阵为：  ,则电
磁波通过所有  层一维光子晶体之后的特征方程为：

[0026]

[0027] 而电磁波在这 层介质表面上的反射率 为：

[0028] ;

[0029] 透射率  为：

[0030] ;

[0031] 其中： ， 。

[0032] 因此可通过改变两种介质的折射率为  和  以及介质１的厚度为  、介质２的厚度  实现透射率 为0，进而实现对特定波段的全反射，基于光子带隙特性，将光子晶体的带隙特性应用于军事隐身伪装领域，得到在可见光和红外波段具备迷彩的效果，同时也是对雷达波段的全反射，可对附着物进行伪装或者实现假目标，其具体结构如下:

[0033] 一种基于超材料的雷达隐身套件，它包括套设在雷达车辆上的第一隐身套件和套设在雷达上的第二伪装套件，第一隐身套件和第二伪装套件在保证车辆、雷达能够正常工作的同时提供车辆和雷达在微波、可见光以及红外波段的全隐身，第一隐身套件包括雷达吸波基层以及刻蚀在雷达吸波基层上的光子晶体红外隐身层；

[0034] 针对雷达吸波基层，其采用涂敷方法在无纺布上涂敷吸波材料制成，吸波材料是由石墨烯、磁性金属、导电高聚物组成；

[0035] 而光子晶体红外隐身层由两种半导体介电材料刻蚀形成具有周期性电介质结构的超材料，其具有可见光和红外波段的光子带隙，半导体介电材料选用硅、碲、硒、锗或半导体化合物，同时应确保两种介电材料之间不同的折射率进而实现光子晶体红外隐身层可在可见光和红外波段的光子带隙。

[0036] 第二伪装套件包括光子晶体红外隐身层以及刻蚀在光子晶体红外隐身层上方的雷达波光子晶体隐身层；雷达波光子晶体隐身层是由两种半导体介电材料刻蚀形成具有周期性电介质结构的超材料，由于光子晶体实现可见光和红外波段的隐身在于将附着物的自身的波段反射，如直接用于雷达波段的隐身必然造成己方雷达波的不兼容，因此其在具有雷达波段的光子带隙同时还需可对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过。

[0037] 针对光子晶体的缺陷态光子选择，雷达波光子晶体隐身层通过在光子晶体中引用缺陷的方式实现对光子带隙内某种频率的雷达波段进行选择通过，缺陷包括线缺陷和点缺陷，参照图2，二维正方光子晶体结构其可对TM模存在禁带（完整晶格由5个连续格点构成），14 14
其禁带出现在f=1.53*10 Hz至f=2.08*10 Hz；

[0038] 为了实现对光子带隙内某种频率的选择，引入了线缺陷由周期性结构方向上完整晶格中改变相邻半导体介电材料的介电常数来实现，而点缺陷由对称的改变半导体介电材料刻蚀半径的大小来实现，参照图3、4，其中图3增大了2个第三近邻的点缺陷的半径，图4减少了2个第三近邻的点缺陷的半径，对应的透射谱可以看出缺陷结构能够有效的从光子禁带中选择某种频率的缺陷态光子，在其他频率被禁止的同时某种频率的缺陷态光子可以低耗的通过，因此这种缺陷态光子可实现己方雷达的隐身，这种光子晶体可实现对敌方雷达迷惑的同时不会对己方雷达产生影响，实现了己方雷达的隐身。

[0039] 同时为了提高雷达的隐身的效果（入射角不同针对光子晶体的各向同性），将光子晶体扩充为二维或者三维即（一维：周期性电介质结构是在一个方向上具有周期性结构，而在另外两个方向上是均匀的），（二维：周期性电介质结构是在两个方向上具有周期性结构，而在另外一个方向上是均匀的），（三维：周期性电介质结构是在三个方向上均具有周期性结构）。

[0040] 以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。