基于非福斯特电路的低频电磁隐身表面

In recent years, along with the development of military technologies, the study of the stealth technology at microwave low frequencies becomes more and more important.In our previous work, a wideband active magnetic metamaterials consisting of periodic loops with non-Foster loads have been designed，fabricated and tested. These non-Foster loads are realized by a two-port device called negative impedance converter (NIC). This idea can also be applied to the design of wideband and broad-angle active metamaterials absorbers with proper structure cell design. In this project, the active metamaterial absorber based on NIC circuits is going to be studies in further detail, such as studying the analytic model and physical nature of the metasurface; designing the unit cell of the structure with non-Foster loads to achieve an ultra-wideband and broad-angle active metamaterial absorber; designing proper NIC circuits to be adjusted to the frequency requirements. The project is of particular importance to defense technology and national economic, some potential applications include radar invisibility, thermal radiometer, infrared detection, and thermal photovoltaic cells.

近年来，随着军事技术的不断进步，对微波低频段的隐身技术的研究具有越来越重要的意义。申请者在前期工作中（理论分析和实验验证）发现，通过在开口环阵列加载非福斯特元件可实现宽带负磁导率的等离子超材料。这一概念同样可以应用到电磁隐身表面的设计之中，通过设计相应的单元结构电路，实现在微波低频段对极化不敏感的超薄宽带、宽角度的完美电磁吸波特性。本项目拟对基于非福斯特电路的有源电磁隐身表面展开系统研究。具体包括：研究人工电磁表面的电路解析模型，以加深对其物理本质的理解；研究并设计加载非福斯特元件的电磁隐身表面单元结构以实现对极化不敏感的宽带、宽角度的电磁吸波功能；设计相应的非福斯特电路适应微波低频段的工作要求。本项目的研究具有重要的理论意义和实际意义，在雷达隐身、热辐射仪、红外探测以及热光伏电池等方面具有重要的潜在应用价值。

近年来，随着军事技术的不断进步，对微波低频段的隐身技术的研究具有越来越重要的意义。本项目主要针对基于非福斯特电路的有源电磁隐身表面展开系统研究，通过设计宽带非福斯特电路元件结合人工电磁表面结构，实现在微波低频段对极化不敏感的超薄宽带、宽角度的完美电磁吸波特性。具体研究内容包括：研究人工电磁表面的电路解析模型，以加深对其物理本质的理解；研究并设计加载非福斯特元件的电磁隐身表面单元结构以实现对极化不敏感的宽带、宽角度的电磁吸波功能；设计相应的非福斯特电路适应微波低频段的工作要求。. 本项目针对任意角度入射的不同极化的电磁波，在考虑介质损耗下，完成了人工电磁表面单元的等效电路模型解析。基于该解析电路模型，结合稳定性分析，提出了实现基于非福斯特电路的宽带宽角度电磁隐身表面的设计方法。其中，非福斯特电路通过基于谐振隧道二极管的负阻抗器来实现。为了验证所提出的设计原则，项目组设计了一个共形的有源电磁隐身表面，该人工表面显示了在微波低频段对不同极化入射下宽带宽角度的强电磁吸波能力。测试结果显示，该有源隐身表面能够在0.68-2GHz的频率范围对不同极化入射下的电磁波实现大于90%的吸收率，且入射角度能够达到 。本项目的研究成果具有重要的理论意义和实际意义，在雷达隐身、电磁防护以及民用通信等方面具有重要的潜在应用价值。