本發(fā)明屬于功能材料，涉及基于主動(dòng)調(diào)控超表面的寬頻隱身材料及制備方法，主要用于地面機(jī)動(dòng)目標(biāo)部件與飛行器目標(biāo)部件的雷達(dá)偽裝隱身。

背景技術(shù)：

1、微波吸收器是作為一種周期性結(jié)構(gòu)隱身材料，可以實(shí)現(xiàn)入射電磁波在特定頻段的吸收。它廣泛用于電磁屏蔽、天線、軍事隱身等。在雷達(dá)隱身中，為了有效的減縮或抑制rcs，微波吸收器往往需要具備寬帶的吸收特性。近年來，隨著雷達(dá)探測(cè)技術(shù)逐漸向?qū)拵Щ?、低頻化發(fā)展，雷達(dá)探測(cè)設(shè)備工作頻率已擴(kuò)展到2ghz以下的ultrahigh-frequency(uhf)band，這對(duì)微波吸收器的吸收帶寬提出了更加嚴(yán)格的要求。本發(fā)明通過基于主動(dòng)調(diào)控超表面的寬頻隱身材料設(shè)計(jì)，可以解決傳統(tǒng)無(wú)源被動(dòng)吸收器低頻吸波、低頻有源主動(dòng)吸收器寬帶吸波、吸波極化角度穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的難題，進(jìn)而提升目標(biāo)的雷達(dá)隱身性能。

2、當(dāng)前，公開設(shè)計(jì)的無(wú)源被動(dòng)寬帶吸波結(jié)構(gòu)大多覆蓋在c波段以上，對(duì)于頻率更低的p、l、s波段難以覆蓋，且存在厚度較大的弊端；有源主動(dòng)吸波結(jié)構(gòu)能夠在的低頻實(shí)現(xiàn)吸收帶調(diào)諧，但同時(shí)又難以兼顧高頻吸波性能。因此設(shè)計(jì)并制備一種工作在p-k超寬帶范圍，兼具優(yōu)異角度穩(wěn)定性、剖面厚度低、重量輕、吸波性能穩(wěn)定的吸收器是本領(lǐng)域的重點(diǎn)工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前超材料寬帶吸波結(jié)構(gòu)在低頻段主動(dòng)調(diào)控范圍窄，高頻吸收頻帶較窄的問題，改善目前吸波結(jié)構(gòu)在0.5-25ghz的寬帶吸波效果，本發(fā)明基于低頻可調(diào)超寬帶微波吸收器設(shè)計(jì)并制備超寬帶吸波結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、低剖面、極化和入射角穩(wěn)定性優(yōu)異的特點(diǎn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)p-k波段的寬帶吸波效果。

2、本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制備方法，可使該型吸波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)p、l、s、c、x、ku、k波段的超寬帶電磁波吸收效果，并兼具有小型化、低剖面、極化不敏感、大角域穩(wěn)定性好、制備方法簡(jiǎn)單、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

3、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

4、基于主動(dòng)調(diào)控超表面的寬頻隱身材料，包括從上到下依次層疊的多個(gè)尺寸相同且中心重合的正方型結(jié)構(gòu)層，依次為：十字結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面1、第一層介質(zhì)層2、第二層介質(zhì)層3、方環(huán)結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面4、第三層介質(zhì)層5、第四層介質(zhì)層6、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7第五層介質(zhì)層8、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9、第六層介質(zhì)層10、金屬背板11；十字結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面1和方環(huán)結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面4均為中心對(duì)稱圖形，多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9通過多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°得到；定義：從下到上的方向?yàn)閦軸正向，多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)72延伸的方向?yàn)閤軸；y軸垂直于z軸和x軸；

5、十字結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面1包括兩排兩列的四個(gè)不相互連接的十字結(jié)構(gòu)101；四個(gè)十字結(jié)構(gòu)101大小相同且關(guān)于中心對(duì)稱，相鄰的十字結(jié)構(gòu)之間具有相同的間隙；

6、方環(huán)結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面4包括兩個(gè)中心重合的方環(huán)結(jié)構(gòu)：內(nèi)方環(huán)41和外方環(huán)42；

7、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7包括四個(gè)分形單元71和兩個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)72，長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)72沿x軸延伸；每個(gè)分形單元71垂直于長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)72；垂直于長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)72的方向?yàn)閥方向，四個(gè)分形單元71位于兩個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)72之間；

8、四個(gè)分形單元71分別關(guān)于x軸和y軸鏡像對(duì)稱，每個(gè)分形單元71包括：與長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)72相連的彎曲線711、與彎曲線711相連的梯形結(jié)構(gòu)712；左邊沿y軸方向相鄰的兩個(gè)分形單元71之間設(shè)有變?nèi)荻O管73，右邊沿y軸方向相鄰的兩個(gè)分形單元71之間設(shè)有貼片電阻74。

9、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9由多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7繞z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°得到；

10、還包括控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)2ghz以下電磁波吸收頻帶范圍的調(diào)控。

11、作為優(yōu)選方式，所述控制系統(tǒng)包括：外部偏置電源a1201，電路導(dǎo)線a1202，正極饋電線路a1203，負(fù)極饋電線路a1204，控制結(jié)構(gòu)a1205；

12、控制結(jié)構(gòu)a1205包括多個(gè)周期排列的多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7；正極饋電線路a1203和多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7的變?nèi)荻O管73的負(fù)極相連，負(fù)極饋電線路a1204和多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7的變?nèi)荻O管73的正極相連，外部偏置電源a1201通過電路導(dǎo)線a1202分別與正極饋電線路a1203、負(fù)極饋電線路a1204相連；

13、還包括外部偏置電源b1301，電路導(dǎo)線b1302，正極饋電線路b1303，負(fù)極饋電線路b1304，控制結(jié)構(gòu)b1305；

14、控制結(jié)構(gòu)b1305包括多個(gè)周期排列的多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9；正極饋電線路b1303和多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9的變?nèi)荻O管73的負(fù)極相連，負(fù)極饋電線路b1304和多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9的變?nèi)荻O管73的正極相連，外部偏置電源b1301通過電路導(dǎo)線b1302分別與正極饋電線路b1303、負(fù)極饋電線路b1304相連。

15、作為優(yōu)選方式，十字結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面1、方環(huán)結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面4上的頻率選擇表面fss選用摻錫氧化銦、導(dǎo)電碳漿、氧化銦錫、石墨烯導(dǎo)電漿料、碳納米管導(dǎo)電漿料、導(dǎo)電銀漿其中一種；多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9上的頻率選擇表面fss選擇銅、鋁、金、銀其中一種。

16、作為優(yōu)選方式，第一層介質(zhì)層2、第二層介質(zhì)層3、第三層介質(zhì)層5、第四層介質(zhì)層6、第五層介質(zhì)層8、第六層介質(zhì)層10材料選自聚甲基丙烯酰亞胺泡沫、聚酰亞胺泡沫、聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯塑料其中一種。

17、作為優(yōu)選方式，金屬背板11材料選擇銅、鋁、金、銀其中一種。

18、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種所述的基于主動(dòng)調(diào)控超表面的寬頻隱身材料的制備方法，包括如下步驟：

19、①選用襯底材料，使用磁控濺射方法將電阻膜鍍?cè)谝r底材料表面上；

20、②采用四探針測(cè)試儀測(cè)試連續(xù)電阻膜的表面電阻，制備阻值為140-160ω/sq的系列連續(xù)電阻膜；

21、③通過激光刻蝕技術(shù)在系列電阻膜上進(jìn)行圖案化刻蝕，分別制備阻值范圍為140-160ω/sq的十字結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面1、阻值范圍為140-160ω/sq的方環(huán)結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面4；

22、④選用襯底材料，使用印刷電路板工藝先將多分形結(jié)構(gòu)部分預(yù)鍍一層鉛錫抗蝕層，然后用化學(xué)方式將未預(yù)鍍鉛錫抗蝕層的其余金屬腐蝕掉，分別制備多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9；

23、⑤采用錫焊的方法，將變?nèi)荻O管73與貼片電阻74焊接在多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9的指定位置；

24、⑥選用介質(zhì)材料，將各層材料按順序粘接成為整體，并在底部粘接金屬背板11；

25、⑦最后通過裁剪、修形，得到基于主動(dòng)調(diào)控超表面的寬頻隱身材料。

26、本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種所述的基于主動(dòng)調(diào)控超表面的寬頻隱身材料的制備方法，包括如下步驟：

27、①選用襯底材料，分別通過絲網(wǎng)印刷得到十字結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面1、方環(huán)結(jié)構(gòu)電阻型頻率選擇表面4；

28、②采用四探針測(cè)試儀測(cè)試連續(xù)電阻膜的表面電阻，制備阻值為140-160ω/sq的系列連續(xù)電阻膜；

29、③選用襯底材料，使用印刷電路板工藝先將多分形結(jié)構(gòu)部分預(yù)鍍一層鉛錫抗蝕層，然后用化學(xué)方式將未預(yù)鍍鉛錫抗蝕層的其余金屬腐蝕掉，分別制備多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9；

30、④采用錫焊的方法，將變?nèi)荻O管與貼片電阻焊接在多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面a7、多分形結(jié)構(gòu)有源頻率選擇表面b9的指定位置；

31、⑤選用介質(zhì)材料，將各層材料按順序粘接成為整體，并在底部粘接金屬背板11；

32、⑥最后通過裁剪、修形，得到基于主動(dòng)調(diào)控超表面的寬頻隱身材料。

33、本發(fā)明的有益效果為：與傳統(tǒng)無(wú)源被動(dòng)吸收器或者低頻有源主動(dòng)吸收器結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明解決了無(wú)源被動(dòng)吸收器低頻吸波與有源主動(dòng)吸收器高頻吸波難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)的問題。采用十字與方環(huán)兩種結(jié)構(gòu)的電阻型頻率選擇表面級(jí)聯(lián)，使其在高頻下能夠與自由空間波阻抗高度匹配，產(chǎn)生寬吸收頻帶，采用中心對(duì)稱圖形，使其具有極化穩(wěn)定性。采用雙層多分形結(jié)構(gòu)fss，加載變?nèi)荻O管與貼片電阻，使其能夠在在低頻實(shí)現(xiàn)吸收頻帶的主動(dòng)調(diào)諧。仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)吸收頻帶為0.52～24.97ghz，其中第一主動(dòng)調(diào)控吸收帶調(diào)控范圍為0.52-1.62ghz，第二固定吸收帶為1.62-24.97ghz，相對(duì)帶寬為191.8％，工作范圍覆蓋p到k波段，且剖面厚度較薄，質(zhì)量輕，加工簡(jiǎn)單。對(duì)樣品進(jìn)行加工制備，實(shí)驗(yàn)得測(cè)試結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果一致，在電磁調(diào)控、雷達(dá)隱身等方面具有應(yīng)用潛力。