本發(fā)明屬于寬頻相位斜率調(diào)控領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、超構(gòu)表面(metasurfaces)，作為超材料(metamaterials)的平面結(jié)構(gòu)，在采用結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)控材料電磁屬性的基礎(chǔ)上，引入“宏觀序”的概念，進(jìn)一步增加了電磁調(diào)控的自由度，并同時(shí)將異向介質(zhì)從三維體結(jié)構(gòu)壓縮到二維，巧妙地解決了材料損耗和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等難題，為電磁調(diào)控注入了新的活力。目前，超構(gòu)表面已應(yīng)用于制備聚焦透鏡、波束偏折器、艾里波束產(chǎn)生器、渦旋光產(chǎn)生器、電磁隱身衣等器件，顯著提升了器件的電磁性能。

2、20世紀(jì)末，隨著超構(gòu)材料的興起以及光學(xué)變換理論的提出，電磁隱身技術(shù)飛速發(fā)展。目前，主流的隱身技術(shù)主要有基于光學(xué)變換的隱身衣，隱身披衣，散射對消隱身衣，超構(gòu)表面隱身衣以及基于混合技術(shù)的隱身衣，其應(yīng)用領(lǐng)域也拓展到了電磁、聲學(xué)、熱學(xué)以及光學(xué)領(lǐng)域。然而，幾乎所有的隱身技術(shù)都受到帶寬限制，這主要是由于構(gòu)建隱身衣的超構(gòu)材料寬頻段內(nèi)的相位斜率難以調(diào)控造成的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法解決了構(gòu)建隱身衣的超構(gòu)材料寬頻段內(nèi)的相位斜率難以調(diào)控的問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，包括以下步驟：

3、s1、確定隱身衣上微結(jié)構(gòu)需滿足的相位分布，并基于相位分布確定需滿足的超構(gòu)表面寬頻相位斜率；

4、s2、建立用于實(shí)現(xiàn)超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控的n階洛倫茲諧振模型；

5、s3、基于三階洛倫茲諧振模型，構(gòu)建超構(gòu)單元；

6、s4、根據(jù)超構(gòu)單元的幾何參數(shù)與三階洛倫茲諧振模型的共振頻率的映射關(guān)系，通過對超構(gòu)單元的幾何參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)需滿足的超構(gòu)表面寬頻相位斜率，完成應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率的調(diào)控。

7、進(jìn)一步地，所述步驟s1中隱身衣上微結(jié)構(gòu)需滿足的相位分布的表達(dá)式為：

8、g(fj,pj)＝π-2kjh(x)cos(α)

9、kj＝2πfj/c

10、其中，g(fj,pj)為隱身衣上微結(jié)構(gòu)需滿足的相位分布；fj為工作頻率；pj為激勵(lì)電磁波的極化；π為圓周率；kj為傳播常數(shù)；h(·)為隱身衣表面微結(jié)構(gòu)的高度信息函數(shù)；x為隱身衣表面微結(jié)構(gòu)在x軸上的投影所對應(yīng)的坐標(biāo)；cos(·)為余弦函數(shù)；α為入射角度信息；c為光速。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s2中n階洛倫茲諧振模型的表達(dá)式為：

12、

13、其中，μ2eff為n階洛倫茲諧振模型；ω為工作頻率；ω1為第1個(gè)諧振的共振頻率；i為諧振階數(shù)，γ1為第1個(gè)諧振的阻尼頻率；ω1p為第1個(gè)諧振的等離子體頻率；ωi為第i個(gè)諧振的共振頻率；γi為第i個(gè)諧振阻尼頻率；ωip為第i個(gè)諧振的等離子體頻率；ωn為第n個(gè)諧振的共振頻率；γn為第n個(gè)諧振阻尼頻率；ωnp為第n個(gè)諧振的等離子體頻率。

14、進(jìn)一步地，所述步驟s3中超構(gòu)單元包括從上至下依次連接的第一金屬層、第一f4b介質(zhì)層、第二金屬層、第二f4b介質(zhì)層、第三金屬層、第三f4b介質(zhì)層和第四金屬層。

15、進(jìn)一步地，所述第一f4b介質(zhì)層長為10mm，寬為10mm，厚度為d1＝2mm；所述第二f4b介質(zhì)層長為10mm，寬為10mm，厚度為d2＝1mm；所述第三f4b介質(zhì)層長為10mm，寬為10mm，厚度為d3＝0.5mm。

16、進(jìn)一步地，所述第四金屬層為厚度為0.036mm、邊長為10mm的正方形金屬片；第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層均為中間有正方形鏤空的厚度為0.036mm的正方形金屬片；所述第一金屬層的邊長為a1，其正方形鏤空的邊長為b1；所述第二金屬層的邊長為a2，其正方形鏤空的邊長為b2；所述第三金屬層的邊長為a3，其正方形鏤空的邊長為b3。

17、進(jìn)一步地，所述步驟s4中超構(gòu)單元的幾何參數(shù)為a1、b1、a2、b2、a3和b3。

18、進(jìn)一步地，所述步驟s4具體為：利用tmm傳輸矩陣法和fdtd電磁仿真軟件，構(gòu)建立超構(gòu)單元的幾何參數(shù)與三階洛倫茲諧振模型的共振頻率的映射關(guān)系，并根據(jù)超構(gòu)單元的幾何參數(shù)與三階洛倫茲諧振模型的共振頻率的映射關(guān)系，通過對超構(gòu)單元的幾何參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)需滿足的超構(gòu)表面寬頻相位斜率，完成應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率的調(diào)控。

19、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用多模諧振模型，將不同諧振數(shù)目、諧振頻率和諧振強(qiáng)度的電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效集成，在寬帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了相位斜率的有效調(diào)控，解決了電磁隱身的寬帶瓶頸問題。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s1中隱身衣上微結(jié)構(gòu)需滿足的相位分布的表達(dá)式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s2中n階洛倫茲諧振模型的表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s3中超構(gòu)單元包括從上至下依次連接的第一金屬層、第一f4b介質(zhì)層、第二金屬層、第二f4b介質(zhì)層、第三金屬層、第三f4b介質(zhì)層和第四金屬層。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，所述第一f4b介質(zhì)層長為10mm，寬為10mm，厚度為d1＝2mm；所述第二f4b介質(zhì)層長為10mm，寬為10mm，厚度為d2＝1mm；所述第三f4b介質(zhì)層長為10mm，寬為10mm，厚度為d3＝0.5mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，所述第四金屬層為厚度為0.036mm、邊長為10mm的正方形金屬片；第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層均為中間有正方形鏤空的厚度為0.036mm的正方形金屬片；所述第一金屬層的邊長為a1，其正方形鏤空的邊長為b1；所述第二金屬層的邊長為a2，其正方形鏤空的邊長為b2；所述第三金屬層的邊長為a3，其正方形鏤空的邊長為b3。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s4中超構(gòu)單元的幾何參數(shù)為a1、b1、a2、b2、a3和b3。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s4具體為：利用tmm傳輸矩陣法和fdtd電磁仿真軟件，構(gòu)建立超構(gòu)單元的幾何參數(shù)與三階洛倫茲諧振模型的共振頻率的映射關(guān)系，并根據(jù)超構(gòu)單元的幾何參數(shù)與三階洛倫茲諧振模型的共振頻率的映射關(guān)

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控方法，屬于寬頻相位斜率調(diào)控領(lǐng)域，該方法包括確定隱身衣上微結(jié)構(gòu)需滿足的相位分布，并基于相位分布確定需滿足的超構(gòu)表面寬頻相位斜率；建立用于實(shí)現(xiàn)超構(gòu)表面寬頻相位斜率調(diào)控的N階洛倫茲諧振模型；基于三階洛倫茲諧振模型，構(gòu)建超構(gòu)單元；根據(jù)超構(gòu)單元的幾何參數(shù)與三階洛倫茲諧振模型的共振頻率的映射關(guān)系，通過對超構(gòu)單元的幾何參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)需滿足的超構(gòu)表面寬頻相位斜率，完成應(yīng)用于隱身衣的超構(gòu)表面寬頻相位斜率的調(diào)控。本發(fā)明解決了構(gòu)建隱身衣的超構(gòu)材料寬頻段內(nèi)的相位斜率難以調(diào)控的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡通,劉丹,黃海霖,崔星爍,管春生,鄭斌,梁建剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23