本發(fā)明涉及雷達(dá)通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于雙曲線相位分布的多極化低rcs全金屬反射陣列。

背景技術(shù)：

1、隨著雷達(dá)探測技術(shù)的迅速發(fā)展，武器平臺的生存能力面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而武器平臺的生存能力很大可能會影響現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的勝負(fù)。因此，針對飛行器、艦船、導(dǎo)彈等目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(radar?cross?section,rcs)縮減技術(shù)在近幾年內(nèi)受到廣泛關(guān)注。rcs的大小是衡量軍事隱身技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，它的值越小，表明目標(biāo)的隱身效果越好。

2、當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)rcs縮減技術(shù)的方法主要分為三種，第一種通過改變目標(biāo)的外形，使指向目標(biāo)的rcs發(fā)生一定的角度偏轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)rcs縮減。其缺點(diǎn)是僅在單站rcs下才有用。第二種是在目標(biāo)物體的表面涂覆雷達(dá)吸波材料，將入射的電磁波能量由電能轉(zhuǎn)換為熱能以實(shí)現(xiàn)rcs縮減。其缺點(diǎn)是會導(dǎo)致目標(biāo)物體的溫度升高，影響器件的各項(xiàng)性能，同時涂覆后的保養(yǎng)費(fèi)高昂且部分吸波材料對人體有害。第三種則是利用超表面陣列，其可以有效規(guī)避上述問題，通過使入射的電磁波盡可能多的漫反射到各個方向，實(shí)現(xiàn)rsc縮減功能。

3、隨著天線技術(shù)的發(fā)展，具有多極化、高增益的天線被應(yīng)用于接收和發(fā)射系統(tǒng)中以保證通信或信號監(jiān)測質(zhì)量。這使得傳統(tǒng)的相位梯度rcs縮減方法不足以實(shí)現(xiàn)良好的隱身效果。同時，當(dāng)前大多超表面陣列采用印制電路加工，其介質(zhì)基板在復(fù)雜通信環(huán)境中的工作效率將會受到影響。基于此，本發(fā)明提出了一種基于雙曲線相位分布的多極化低rcs全金屬反射陣列，采用全金屬結(jié)構(gòu)提高超表面陣列在復(fù)雜通信環(huán)境中的工作效率，利用雙曲線相位分布設(shè)計(jì)陣列相位，實(shí)現(xiàn)有效的rcs縮減，具有高效率、高穩(wěn)定性、系統(tǒng)簡單可靠以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，有望在雷達(dá)通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于雙曲線相位分布的多極化低rcs全金屬反射陣列，具有高效率、高穩(wěn)定性、系統(tǒng)簡單可靠以及成本低等優(yōu)勢。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于雙曲線相位分布的多極化低rcs全金屬反射陣列，該反射陣列單元自上而下包含i形金屬柱(1)和金屬地板(2)；所述i形金屬柱(1)為立體結(jié)構(gòu)，設(shè)置在金屬地板(2)上；所述金屬地板(2)為正方形，沿xoy面放置；所述i形金屬柱(1)與x軸呈夾角+45°或-45°放置，可以對沿z軸傳播的極化角度為45°和135°的線極化電磁波呈現(xiàn)出相位差為180°的兩種不同電磁響應(yīng)，兩種放置狀態(tài)用二進(jìn)制數(shù)字“0”和“1”表示，對應(yīng)相位電磁響應(yīng)分別為0°和180°；將反射陣列單元沿x和y軸均勻排布呈正方形狀進(jìn)行組陣，反射陣列中每一個單元的中心處對應(yīng)的坐標(biāo)代入雙曲線相位函數(shù)計(jì)算得到的角度值后歸化至兩種相位電磁狀態(tài)，得到反射陣列上每個i形金屬柱(1)的放置狀態(tài)分布以實(shí)現(xiàn)陣列設(shè)計(jì)；當(dāng)沿-z軸方向傳播的平面電磁波照射到反射陣列上時，對x極化和y極化入射電磁波實(shí)現(xiàn)具有極化轉(zhuǎn)換的rcs縮減性能，對左旋圓極化和右旋圓極化入射電磁波實(shí)現(xiàn)具有極化保持不變的rcs縮減性能。

3、進(jìn)一步，所述i形金屬柱(1)由挖去沿x軸呈夾角+45°或-45°線對稱的半圓柱開槽(3)得到，i字沿x軸呈夾角+45°或-45°線放置；將反射陣列單元的i形金屬柱(1)沿x軸呈夾角+45°設(shè)置為狀態(tài)“0”，對極化角度為45°和135°的線極化電磁波分別呈現(xiàn)相位為0°和180°的電磁響應(yīng)；將反射陣列單元的i形金屬柱(1)沿x軸呈夾角-45°設(shè)置為狀態(tài)“1”，對極化角度為45°和135°的線極化電磁波分別呈現(xiàn)相位為180°和0°的電磁響應(yīng)。

4、進(jìn)一步，所述反射陣列單元沿x軸和y軸具有不對稱性；當(dāng)沿-z軸方向傳播的x極化的電磁波照射到由反射陣列單元組成的反射陣列上時，可以分解為相位相同、幅度相同的45°和135°極化的電磁波，經(jīng)過反射陣列單元的相位調(diào)控和反射后變?yōu)橄辔幌嗖?80°、幅度相同的45°和135°極化的電磁波，合成沿+z方向傳播的y極化的電磁波；同理，當(dāng)沿-z軸方向傳播的y極化的電磁波照射到反射陣列上時，經(jīng)過反射陣列單元的相位調(diào)控和反射后變?yōu)閤的極化電磁波，反射陣列具備線極化變換的性能。

5、進(jìn)一步，當(dāng)沿-z軸方向傳播的左旋圓極化的電磁波照射到反射陣列上時，可以分解為相位相差90°、幅度相同的45°和135°極化的電磁波，經(jīng)過反射陣列單元的相位調(diào)控和反射后變?yōu)橄辔幌嗖?90°、幅度相同的45°和135°極化的電磁波，合成沿+z方向傳播的左旋圓極化的電磁波；同理，當(dāng)沿-z軸方向傳播的右旋圓極化的電磁波照射到反射陣列上時，經(jīng)過反射陣列單元的相位調(diào)控和反射后變?yōu)橛倚龍A極化的電磁波，反射陣列具備圓極化保持不變的性能。

6、進(jìn)一步，當(dāng)x極化平面電磁波為入射波時，反射陣列單元電磁響應(yīng)的主極化和交叉極化波分別為y極化和x極化波；當(dāng)y極化平面電磁波為入射波時，反射陣列單元電磁響應(yīng)的主極化和交叉極化波分別為x極化和y極化波；當(dāng)左旋圓極化平面電磁波為入射波時，反射陣列單元電磁響應(yīng)的主極化和交叉極化波分別為左旋圓極化和右旋圓極化波；當(dāng)右旋圓極化平面電磁波為入射波時，反射陣列單元電磁響應(yīng)的主極化和交叉極化波分別為右旋圓極化和左旋圓極化波；反射陣列單元對四種平面入射波電磁響應(yīng)的主極化和交叉極化傳輸系數(shù)幅度和相位一致。

7、進(jìn)一步，所述的每個反射陣列單元的設(shè)置狀態(tài)按照如下步驟得到：

8、步驟1：每個反射陣列單元對入射平面電磁波的理想反射相位按照雙曲線相位函數(shù)設(shè)置為

9、

10、其中，為第m行、第n列的反射陣列單元對入射平面電磁波的理想反射相位，k為真空中的相位常數(shù)，t為rcs優(yōu)化因子，d為反射陣列的口面尺寸，(xmn,ymn)為陣列放置在xoy面中心時每個單元的坐標(biāo)，為常數(shù)；

11、步驟二：將理想反射相位按照360°的相位周期進(jìn)行歸化，得到范圍為[0°,360°)的歸化相位

12、步驟三：將歸化相位與0°和180°進(jìn)行歸化得到實(shí)際反射相位當(dāng)歸化相位為0°，反射陣列單元的設(shè)置狀態(tài)“0”，反之則為設(shè)置狀態(tài)“1”。

13、進(jìn)一步，所述的反射陣列單元的設(shè)置狀態(tài)分布隨著rcs優(yōu)化因子t的改變而改變，通過優(yōu)化優(yōu)化因子t可以實(shí)現(xiàn)降低rcs值。

14、進(jìn)一步，所述的i形金屬柱(1)和金屬地板(2)的高度分別為8mm和0.8mm，材質(zhì)是不銹鋼、鋁合金或其他導(dǎo)電性能良好的金屬。

15、進(jìn)一步，當(dāng)優(yōu)化因子t設(shè)置為0.5、單元數(shù)量為32×32個時，反射陣列在5.8ghz時可以對沿-z軸傳播的x極化電磁波、y極化電磁波、左旋圓極化電磁波、右旋圓極化電磁波均實(shí)現(xiàn)rcs縮減水平為-9.2db。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

17、1.本發(fā)明的基于雙曲線相位分布的多極化低rcs全金屬反射陣列整體采用金屬制成，所采用金屬的類型不限，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景進(jìn)行定制，具有靈活性高、成本低等特點(diǎn)，易于批量生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用；

18、2.本發(fā)明的基于雙曲線相位分布的多極化低rcs全金屬反射陣列采用全金屬結(jié)構(gòu)，可以規(guī)避由惡劣天氣造成的介質(zhì)損耗，保證rcs功能的正常運(yùn)行，同時可適用于共形等特殊結(jié)構(gòu)，具有高穩(wěn)定性、高效率以及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢，適用于復(fù)雜環(huán)境通信系統(tǒng)；

19、3.本發(fā)明的基于雙曲線相位分布的多極化低rcs全金屬反射陣列利用雙曲線相位函數(shù)進(jìn)行相位設(shè)計(jì)，較傳統(tǒng)相位梯度法具有更好的rcs縮減水平，且可以實(shí)現(xiàn)多極化下的rcs縮減功能，具有高性能、系統(tǒng)簡單可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于雷達(dá)通信系統(tǒng)。