科技成果

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成果名称: 共形超表面机理、设计及其在目标RCS减缩中的实验研究

成果登记号: 9612021J0006

第一完成单位: 空军工程大学

联 系 人: 许河秀

成果类型: 基础理论

应用行业: 科学研究和技术服务业

成果简介:

提出了共形梯度超表面概念,基于射线追踪法建立了包裹任意形状物体的共形超表面相位补偿机理与设计方法,建立了曲面超表面到平面参考面的最小失真映射以及曲面超表面单元近似平面设计的准则。

探索了共形梯度超表面的散射控制机制,依据该方法设计超表面单元的位置、方位角和相位,曲面曲率引起的光程和扭曲电磁波前可以重新得到纠正和恢复。

为进行验证,设计、加工了多款具有不同功能共形超表面样品并在微波段对包裹超表面披衣的金属圆柱进行数值和实验表征。

超表面单元具有超宽带工作带宽(8.17-22.1GHz)和近100%的交叉极化转换效率(效率大于93.5%)。

研制的共形超散射体能将入射波对称高定向地散射到两个方向上,与裸金属圆柱相比,预定方向散射强度增强一个数量级以上,展现出宽频、高效双波束散射增强功能,验证了方法的正确性和鲁棒性。

提出了基于旋转抛物梯度、螺旋线性相位梯度打散电磁波来降低目标雷达横截面(RCS减缩)的学术思想,其中几何贝尔(PB)相位解决了全极化问题,抛物梯度子阵和数字超表面结合解决了RCS减缩领域的复杂优化难题,多谐振技术和色散工程方法解决了电磁隐身器件的超宽带工作,最终旋转抛物梯度超表面实现了超宽带、全极化固有均一漫反射隐身,且粒子群算法优化的相位分布趋近于抛物梯度相位分布,进一步验证了抛物梯度方法的正确性、固有性和鲁棒性。

最后,基于建立的共形设计与漫反射新方法,全面探索了共形漫反射在宽频RCS减缩隐身中应用,设计了多款柱面共形隐身衣和多功能器件进行验证。

实验结果表明抛物梯度数字超表面10dB RCS减缩带宽达102.7%。

透明柔性复合相位超表面在x和y极化下的5dB RCS减缩带宽分别为7.5-10.6GHz和7.4-11.7GHz。

抛物梯度共形超表面x、y极化波下超表面在13-15.6 GHz范围内均可以实现近10dB的RCS缩减。

率先将可调技术与梯度超表面结合提出了可调梯度超表面概念,系统研究了其电磁特性与调控机理。

提出了正交极化串扰抑制方法,设计了多种极化不相关性各向异性超表面,实现了复杂的辐射调控和多功能特性。

在项目资助下,课题组在超表面电磁调控、RCS减缩以及共形超表面应用领域共发表SCI学术论文60篇,包括Light: Sci. Appl.(IF=13.6)、Adv. Opt. Mater. (IF=8.3)、ACS Photonics(IF=7.1)、Photonics Research、Physical Review Applied等I区论文16篇,II区论文13篇,1篇发表于德国《先进光学材料》的论文被MaterialsViews China报道,1篇发表于美国《Physical Review Applied》的论文受到主编推荐Editor's Suggestion,2篇论文被德国《Annalen der physik》遴选为封面文章并被报道,Google Scholar上累计总引用1800余次,代表性论文被Physics Reports、LSA(IF=13.6)、Nano Letters、Advanced Functional Materials(IF=12.1)、Advanced Optical Materials、Laser & Photonics Reviews、ACS Photonics、Journal of Materials Chemistry C、Scientific Reports、Physical Review B等期刊正面引用,得到了美国宾夕法尼亚州立大学D. H. Werner教授、P. S. Cremer教授、美国亚利桑那大学 R. W. Ziolkowski教授,澳大利亚国立大学Y. S. Kivshar教授、美国杜克大学Q. H. Liu教授,韩国光州科技院J.-H. Jang教授,东南大学崔铁军教授,新加坡国立大学Z. N. Chen教授、C. W. Qiu教授教授等国际知名学者的正面评价。

申请国家发明专利11项(研究目标:1~3项),已授权7项,受邀为两本英文专著撰写2章,出版中文专著2部。

共培养了2名博士研究生和4名硕士研究生,其中2名博士研究生、4名硕士研究生已答辩并分别获得了博士和硕士学位,1篇博士论文被评为空军工程大学校优秀博士学位论文奖,正准备申报中国电子学会、全军和陕西省优秀博士学位论文奖,2人获得国际会议最佳论文奖3项。