兼具力学承载性能和宽带RCS缩减的复合超材料结构

本技术属于机械超材料和电磁调控，具体涉及兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构。

背景技术：

1、隐身化是现代和未来作战装备发展的必然趋势，是保障作战装备的战场生存能力和遂行作战任务的重要支撑。战场上飞行器、舰艇等作战单位的生存率除了装备性能和机动性之外，很大一部分依赖于自身的隐身性能。具有良好隐身性能的飞行器和舰艇能够更大程度地保持自身位置的隐蔽性，从而防止被敌方雷达系统发现和跟踪，提高战场生存率和作战持续性。根据雷达方程可知，缩小己方目标雷达散射截面(radar cross section，rcs)可以有效减小敌方雷达基站的有效探测距离。

2、常用缩减rcs的手段有：改变外形减小散射回波的外形隐身技术、进行雷达回波能量损耗和吸收的吸波材料表面铺装或者以有源隐身电路和阻抗加载技术为基础的主动隐身技术。随着雷达技术的迅猛发展，空天地海一体化雷达网建设越益完备，通常采用外形隐身和雷达波能量损耗/吸收双重机制来共同减小rcs。另一方面，为应对战场上复杂环境的挑战，对隐身结构不仅需要宽带吸收的性能，还需要具备一定的强度和刚度，从而提高隐身结构的力学承载性能。目前的材料还没有满足上述要求，因此，开展电磁隐身和力学承载性能一体化设计十分重要。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，解决了上述问题，可以在有效实现rcs缩减的同时，兼具一定的力学承载性能。

2、本实用新型所采用的技术方案是，兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，所述复合超材料结构为周期性结构，由m×n个周期单元结构组成，其中，m、n为整数；

3、所述周期单元结构由下至上依次包括：金属背板、曲面褶皱结构和超表面结构层，超表面结构层由介质层以及图案化金属结构构成，所述图案化金属结构印刷在介质层上；

4、所述图案化金属结构包括若干基本单元对，基本单元对包括第一基本单元和第二基本单元，所述第一基本单元和第二基本单元的反射相位差为180°；

5、所述曲面褶皱结构包括多个连续的v形元胞，将多个连续的v形元胞沿着周期性圆弧线拉伸，形成曲面褶皱；具体的，每个所述v形元胞包括两个侧壁，所述周期性圆弧线包括第一圆弧线和第二圆弧线，第一圆弧线和第二圆弧线分别沿多个连续的v形元胞中的侧壁延伸，所述第一圆弧线和第二圆弧线间隔排列，并使v形元胞中的两侧壁均呈s形。

6、进一步的，所述第一基本单元和第二基本单元均包括圆弧线和斜线，所述斜线沿所述圆弧线的直径方向延伸，且所述斜线与水平线之间的夹角为45°，所述圆弧线上开设有两个开口，两个所述开口以所述斜线为对称轴对称设置；且第一基本单元中的开口长度和第二基本单元中的开口长度不同。

7、更进一步的，第一基本单元中的开口长度为1.0mm，第二基本单元中的开口长度为7.5mm。

8、进一步的，所述圆弧线的线宽为0.5±0.2mm。

9、进一步的，所述斜线的长度为20.0±2.0mm，所述斜线的线宽为1.0±0.2mm。

10、进一步的，所述斜线和所述圆弧线均为铜。

11、进一步的，介质层为fr4，金属背板为铜。

12、进一步的，金属背板的长度、曲面褶皱结构的长度、介质层的长度分别相等，金属背板的宽度、曲面褶皱结构的宽度、介质层的宽度分别相等。

13、本实用新型的有益效果是：

14、1、本实用新型的超表面结构层具有宽带且高效的极化转换效率，可以实现整体结构宽带且高效的rcs缩减：超表面结构层由介质层以及图案化金属结构构成，所述图案化金属结构印刷在介质层上；图案化金属结构包括若干基本单元对，基本单元对包括第一基本单元和第二基本单元，所述第一基本单元和第二基本单元的反射相位差为180°，以保证高效的rcs缩减。

15、2、本实用新型的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，实用性强，具有更好的力学承载性能：在上层超表面结构层与底层金属背板之间加入具有较好力学承载性能的曲面褶皱结构，可以在实现宽带高效rcs缩减的基础上，提高整体结构的力学承载性能，与传统v型褶皱相比，曲面褶皱的力学承载性能得到了很大的提升。

16、3、本实用新型提供了一种兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，兼顾rcs缩减特性和力学承载性能，为电磁调控超材料面向工程实践提供有效支撑。

技术特征：

1.兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，所述复合超材料结构为周期性结构，由m×n个周期单元结构组成，其中，m、n为整数；

2.根据权利要求1所述的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，所述第一基本单元和第二基本单元均包括圆弧线(11)和斜线(12)，所述斜线(12)沿所述圆弧线(11)的直径方向延伸，且所述斜线(12)与水平线之间的夹角为45°，所述圆弧线(11)上开设有两个开口(13)，两个所述开口(13)以所述斜线(12)为对称轴对称设置；且第一基本单元中的开口长度和第二基本单元中的开口长度不同。

3.根据权利要求2所述的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，第一基本单元中的开口长度为1.0mm，第二基本单元中的开口长度为7.5mm。

4.根据权利要求2所述的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，所述圆弧线(11)的线宽为0.5±0.2mm。

5.根据权利要求2所述的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，所述斜线(12)的长度为20.0±2.0mm，所述斜线(12)的线宽为1.0±0.2mm。

6.根据权利要求2所述的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，所述斜线(12)和所述圆弧线(11)均为铜。

7.根据权利要求1所述的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，介质层(2)为fr4，金属背板(4)为铜。

8.根据权利要求1所述的兼具力学承载性能和宽带rcs缩减的复合超材料结构，其特征在于，金属背板(4)的长度、曲面褶皱结构(3)的长度、介质层(2)的长度分别相等，金属背板(4)的宽度、曲面褶皱结构(3)的宽度、介质层(2)的宽度分别相等。

技术总结本技术属于机械超材料和电磁调控技术领域，具体涉及兼具力学承载性能和宽带RCS缩减的复合超材料结构，为周期性结构，由M×N个周期单元结构组成，其中，M、N为整数；所述周期单元结构由下至上依次包括：金属背板、曲面褶皱结构和超表面结构层，金属背板附着在曲面褶皱结构下面，曲面褶皱结构具有良好的力学承载性能，超表面结构层由介质层以及图案化金属结构构成，所述图案化金属结构印刷在介质层上；所述图案化金属结构是将基本单元按照0‑π分布而成，可以实现整体结构宽带且高效的RCS缩减。本技术兼顾RCS缩减特性和力学承载性能，为电磁调控超材料面向工程实践提供有效支撑。技术研发人员：蒋娟娜,王振旭,王甲富,屈绍波,周俊祥,王钰登,封波,李铁夫受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学技术研发日：20230920技术公布日：2024/7/11