專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雷達(dá)抗干擾的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷達(dá)抗干擾的方法，具體地涉及ー種利用超材料實(shí)現(xiàn)雷達(dá)抗干擾的方法。
背景技術(shù)：
電磁波的極化狀態(tài)在液晶顯示、射頻天線及各種輻射器件、衛(wèi)星天線與光學(xué)器件等方面有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的極化轉(zhuǎn)換器件通常限制一種極化波透射，將不需要的極化波反射；或者將波分為兩束具有不同極化狀態(tài)的波束，因此ー種極化波只能攜帶不到一半的能量，具有較大的能量損耗，并且エ藝要求和成本高。此外，利用截面漸變的波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)圓極化波與線極化波之間的轉(zhuǎn)換。此種方能量損耗較小，但要得到極化隔離度好的出射波對(duì)加工精度要求相當(dāng)高，實(shí)現(xiàn)難度較大。
在各種天線及微波與光學(xué)的儀器設(shè)備中，經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)不同極化狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，以獲得某種單極化波或雙極化波。極化轉(zhuǎn)換主要關(guān)注以下幾個(gè)方面的指標(biāo)I)高性能。轉(zhuǎn)換后的極化波應(yīng)具有較高的極化隔離度，接近所需要的極化狀態(tài)。2)低損耗。具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。3)尺寸小。不占用過(guò)多空間。此外，極化轉(zhuǎn)換方法應(yīng)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)不應(yīng)太復(fù)雜，器件成本不應(yīng)過(guò)高。超材料由介質(zhì)基材和設(shè)置上基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)(通常采用金屬微結(jié)構(gòu))組成，可以提供各種普通材料具有和不具有的材料特性。單個(gè)人造微結(jié)構(gòu)大小一般在1/10至1/5個(gè)波長(zhǎng)之間，其對(duì)外加電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)具有電響應(yīng)和/或磁響應(yīng)，從而具有表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和/或等效磁導(dǎo)率。人造微結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率由単元幾何尺寸參數(shù)決定，可人為設(shè)計(jì)和控制。并且，人造微結(jié)構(gòu)可以具有人為設(shè)計(jì)的各向異性的電磁參數(shù)，從而產(chǎn)生許多新奇的現(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換提供了可能。利用極化轉(zhuǎn)換可以實(shí)用雷達(dá)的抗干擾，因此在用超材料實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換時(shí)，雷達(dá)的抗干擾將更加的有效和簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，利用超材料，提供一種簡(jiǎn)單有效的雷達(dá)抗干擾的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，包括以下步驟SI、在第一雷達(dá)向第二雷達(dá)發(fā)出與第二雷達(dá)初始極化方式相同的干擾電磁波時(shí)，設(shè)置ー超材料極化轉(zhuǎn)換器于第二雷達(dá)的反射面與饋源之間，用以轉(zhuǎn)換第一雷達(dá)發(fā)出的干擾電磁波的極化方式；S2、第二雷達(dá)改用經(jīng)極化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的極化方式通信。進(jìn)ー步地，所述超材料極化轉(zhuǎn)換器包括基材以及設(shè)置在基材上的電磁特性呈各向異性的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)均勻分布在垂直于電磁波的入射方向的ー個(gè)或多個(gè)平面上，所述超材料極化轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的折射率呈均勻分布，所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量在所述ー個(gè)或多個(gè)平面上內(nèi)分解成兩個(gè)不為零的正交分量，兩個(gè)分量分別與人造微結(jié)構(gòu)所處位置的光軸平行和垂直，在電磁波穿過(guò)超材料極化轉(zhuǎn)換器后，所述兩個(gè)正交分量具有了一與入射前不同的相位差Λ Θ。進(jìn)ー步地，所述基材由多個(gè)相互平行的片狀基板堆疊形成，每個(gè)片狀基板上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述片狀基板垂直于電磁波的入射方向，所有的人造微結(jié)構(gòu)在所述片狀基板上周期排布。進(jìn)ー步地，若Λ θ =Κπ，則可以實(shí)現(xiàn)任意夾角的兩個(gè)線極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換，其中K為整數(shù)。進(jìn)ー步地，若要實(shí)現(xiàn)水平極化與垂直極化電磁波之間的相互轉(zhuǎn)換，則使人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向呈45度夾角。進(jìn)ー步地，若要實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化電磁波之間的相互轉(zhuǎn)換，則Δ θ = (2Κ+1)(π /2)，且人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向呈45度夾角。進(jìn)ー步地，若要實(shí)現(xiàn)線極化和橢圓極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換，則Δ Θ不等于Κπ并且不等于(2Κ+1) (31/2)，且人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向的夾角不等于45度。進(jìn)ー步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線，所述金屬線的圖案為ー非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)圖形。進(jìn)ー步地，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。進(jìn)ー步地，所述金屬線呈ニ維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第ニ主線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線。進(jìn)ー步地，所述第一主線及第ニ主線相互平分，所述兩個(gè)第一支線的中心連接在第一主線上，所述兩個(gè)第二支線的中心連接在第二主線上。進(jìn)ー步地，所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量分解在第一主線與第二主線所在的直線上。進(jìn)ー步地，所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量方向與第一主線呈45度夾角。根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)抗干擾的方法，采用了超材料極化轉(zhuǎn)換器，將敵方雷達(dá)的干擾信號(hào)進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換后不能被雷達(dá)所接收)，并且采用轉(zhuǎn)換后的電磁波的極化方式通信，因此，可以簡(jiǎn)單有效的抑制敵方雷達(dá)干擾(極化干擾)，同時(shí)雷達(dá)還能正常工作，不用改變雷達(dá)的其它結(jié)構(gòu)(例如饋源)。


圖I是本發(fā)明超材料極化轉(zhuǎn)換器ー個(gè)實(shí)施例中金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2是本發(fā)明超材料極化轉(zhuǎn)換器ー個(gè)實(shí)施例超材料極化轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的另ー視角圖；圖4為圖I所示圖案衍生得到的ー個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案；
圖5為圖I所示圖案變形得到的ー個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案；圖6為圖I所示圖案變形得到的另ー個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案；圖7為電磁波極化轉(zhuǎn)換示意圖；圖8所示為雷達(dá)抗干擾示意圖。
具體實(shí)施例方式“超材料"是指ー些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能?！俺牧?重要的三個(gè)重要特征(I) “超材料"通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；(2) “超材料"具有超常的物理性質(zhì)(往往是自然界的材料中所不具備的)；(3) “超材料"性質(zhì)由構(gòu)成材料的本征性質(zhì)及其中的人造微結(jié)構(gòu)共同決定。做為公知常識(shí)，我們可知電磁波具有極化特性，它的極化方式是指線極化、圓極化及橢圓極化。由天線輻射原理可知，自由空間電磁波通常以電場(chǎng)互的取向作為電波極化方向。互是隨時(shí)間而變化的，如果互的矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡是一直線，則稱(chēng)此電磁波為線極化波。若互的大小不變而方向隨時(shí)間而變，在觀察點(diǎn)處與傳播方向垂直的平面內(nèi)，矢量端點(diǎn)的變化軌跡是ー個(gè)圓，稱(chēng)為圓極化波?；サ拇笮『头较蚨茧S時(shí)間變化，矢量端點(diǎn)的軌跡為橢圓的波則叫橢圓極化波。圓極化與橢圓極化可以合稱(chēng)為非線極化，其中線極化還具有兩個(gè)特例水平極化和垂直極化。在三維空間，沿Z軸方向傳播的電磁波，其瞬時(shí)電場(chǎng)可寫(xiě)為豆=Bf；+ Sy，若
=ExmCOS(wt+0x)S =EymCOS(wt+0y)，其中，Exm及 Eym分別為電場(chǎng)在 X 軸及 Y 軸
方向上的幅值，w為電磁波波動(dòng)的角頻率，θχ及0y分別為X軸方向及Y軸方向的兩個(gè)分量的相位。若艮與ち的相位差為n (η = I, 2, 3,...),則合成矢量的模為:
IE | 2+￡ノ)wKEarfiEjTfi2嚴(yán)COSwt，這是一個(gè)隨時(shí)間變化而變化的量,合成矢量的相位Θ為Θ = tg_1 (Ey/Ex) = tg—1 (Eym/Exm),合成矢量的相位為常數(shù)?？梢?jiàn)合成矢量的端點(diǎn)的軌跡為一條直線?；ヅc傳播方向構(gòu)成的平面稱(chēng)為極化面，當(dāng)極化面與地面平行時(shí)，為水平極化；當(dāng)極化面與地面垂直時(shí)，為垂直極化。若.,f,與！J1的幅度相等，相位差為(2n+l) Jr/2時(shí)，則丨5K尾.2+尾,2:)議KEanMEprf)議是常數(shù)，而相位隨時(shí)間t而變化Θ = tg—1 (Ey/Ex) = wt,故合成矢量端點(diǎn)的軌跡為一個(gè)圓，稱(chēng)為圓極化。根據(jù)電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向不同，圓極化可分為右旋和左旋兩種。觀察者沿波的傳播方向看去，電場(chǎng)矢量在截面內(nèi)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)(滿(mǎn)足右手定測(cè))稱(chēng)右旋圓極化，逆時(shí)針?lè)较蛐?br> 轉(zhuǎn)(滿(mǎn)足左手定測(cè))稱(chēng)左旋圓極化。因此，若I超前，則為右旋圓極化，若尾落后美· π/2，則為左旋圓極化。若瓦與！^的幅度和相位差均不滿(mǎn)足上述條件時(shí)，即合成矢量互的大小和方向都隨時(shí)間變化(都不是常數(shù))，則合成矢量端點(diǎn)的軌跡為一個(gè)橢圓，稱(chēng)為橢圓極化。根據(jù)電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向不同，橢圓極化和圓極化可分為右旋和左旋兩種。觀察者沿波的傳播方向看去，電場(chǎng)矢量在截面內(nèi)順時(shí)針?lè)较蛐Q(chēng)右旋橢圓極 化，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱(chēng)左旋橢圓極化。根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)抗干擾的方法，其包括以下步驟S1、在第一雷達(dá)100向第二雷達(dá)200發(fā)出與第二雷達(dá)200初始極化方式相同的干擾電磁波吋，設(shè)置ー超材料極化轉(zhuǎn)換器30于第二雷達(dá)的反射面21與饋源22之間，用以轉(zhuǎn)換第一雷達(dá)100發(fā)出的干擾電磁波的極化方式；S2、第二雷達(dá)200改用經(jīng)極化轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換后的極化方式通信。雷達(dá)的極化通信方式通常有兩種，線極化和圓極化，線極化又可分為水平極化和垂直極化，圓極化又可分為左旋圓極化與右旋圓極化。如圖8所示，定義電磁波a為干擾電磁波(第一雷達(dá)10發(fā)出的電磁波)，定義電磁波b為第二雷達(dá)200的初始通信用的電磁波，則為了干擾第二雷達(dá)200，第一雷達(dá)100發(fā)出的干擾電磁波a與b的極化方式相同，為了抑制干擾，在第二雷達(dá)200的反射面21與饋源22之間設(shè)置一超材料極化轉(zhuǎn)換器，將電磁波a的極化方式轉(zhuǎn)換，從而不能被第二雷達(dá)200所接收，另外，為了第二雷達(dá)200的正常通信，改用經(jīng)極化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換30后的極化方式通信；舉幾個(gè)例子(I)第二雷達(dá)200的初始通信電磁波b的極化方式為水平極化(則饋源22只能接收水平極化的電磁波)，第一雷達(dá)發(fā)出的干擾信號(hào)a也為水平極化，則放置一能夠?qū)⑺綐O化轉(zhuǎn)換為垂直極化的超材料極化轉(zhuǎn)換器30，則電磁波a與b經(jīng)過(guò)超材料極化轉(zhuǎn)換器30后均轉(zhuǎn)換為垂直極化的電磁波，不能被饋源22所接收，從而抑制了第一雷達(dá)的干擾。另外為了正常通信，第二雷達(dá)200采用垂直極化通信，垂直極化的電磁波通過(guò)反射面21反射進(jìn)入超材料極化轉(zhuǎn)換器30，離開(kāi)超材料極化轉(zhuǎn)換器30吋，垂直極化將會(huì)轉(zhuǎn)換為水平極化，被饋源所接收。第二雷達(dá)200的初始通信電磁波b的極化方式為垂直極化(則饋源22只能接收垂直極化的電磁波)的原理與上述相同。超材料極化轉(zhuǎn)換器30也為同一個(gè)。(2)第二雷達(dá)200的初始通信電磁波b的極化方式為左旋圓極化(由于左旋圓極化經(jīng)過(guò)一次反射后變成右旋圓極化，則饋源22只能接收右旋圓極化的電磁波)，第一雷達(dá)發(fā)出的干擾信號(hào)a也為左旋圓極化，左旋圓極化經(jīng)過(guò)一次反射后變成右旋圓極化，則放置一能夠?qū)⒂倚龍A極化轉(zhuǎn)換為左旋圓極化的超材料極化轉(zhuǎn)換器30，則電磁波a與b經(jīng)過(guò)反射面21 —次反射后轉(zhuǎn)變成右旋圓極化，再經(jīng)過(guò)超材料極化轉(zhuǎn)換器30后均轉(zhuǎn)換為左旋圓極化的電磁波，不能被饋源22所接收，從而抑制了第一雷達(dá)100的干擾。另外為了正常通信，第ニ雷達(dá)200采用右旋圓極化方式通信，右旋圓極化的電磁波經(jīng)反射面21后轉(zhuǎn)換成左旋圓極化波，進(jìn)入超材料極化轉(zhuǎn)換器30，離開(kāi)超材料極化轉(zhuǎn)換器30吋，左旋圓極化波將會(huì)將會(huì)轉(zhuǎn)換為右旋圓極化波，被饋源所接收。為實(shí)現(xiàn)上述的雷達(dá)抗干擾的方法，如圖I至圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的超材料極化轉(zhuǎn)換器10，其包括基材I以及設(shè)置在基材I上的電磁特性呈各向異性的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2，所述多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2均勻分布在垂直于電磁波的入射方向的ー個(gè)或多個(gè)平面上。所述超材料極化轉(zhuǎn)換器10內(nèi)部的折射率呈均勻分布，此處的折射率均勻分布是指每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的所在位置的折射率分布相同，又由于電磁波是垂直入射的，因此出射時(shí)電磁波的傳播方向不會(huì)發(fā)生改變。所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量在上述ー個(gè)或多個(gè)平面上分解成兩個(gè)不為零的正交分量，兩個(gè)分量分別與人造微結(jié)構(gòu)所處位置的光軸平行和垂直，此處的光軸是指人造微結(jié)構(gòu)的折射率橢球的長(zhǎng)軸，此處的折射率橢球指的是每一人造微結(jié)構(gòu)的折射率的空間分布；光軸與電磁波的電場(chǎng)矢量方向的夾角不為O,則電場(chǎng)矢量在垂直于電磁波的入射方向的平面內(nèi)分解成兩個(gè)正交分量都不為零。在電磁波穿過(guò)超材料極化轉(zhuǎn)換器10后，所述的兩個(gè)正交分量具有了一與入射前不同的相位差Λ Θ，則出射后兩個(gè)正交分量合成后得到的電場(chǎng)矢量(出射電磁波的電場(chǎng)矢量)與入射前的電磁波的電場(chǎng)矢量必然不相同，從而實(shí)現(xiàn)了入射電磁波與出射電磁波的極化轉(zhuǎn)換。上述的人造微結(jié)構(gòu)通常是指金屬微結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可是其它已知的其它人造微結(jié)構(gòu)。只要能滿(mǎn)足對(duì)入射電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量都有電響應(yīng)即可。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述基材I由多個(gè)相互平行的片狀基板11堆疊形成，每個(gè)片狀基板11上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2，所述片狀基板11垂直于電磁波的入射方向，所有的人造微結(jié)構(gòu)在片狀基板11上周期排布。圖2所示為超材料極化轉(zhuǎn)換器ー個(gè)實(shí)施例中片狀基板11及多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2的結(jié)構(gòu)示意圖，所述基材I實(shí)際上是由多個(gè)片狀基板 11沿與紙面垂直的方向堆疊，電磁波也是沿垂直紙面的方向垂直射入的。圖2中只能看到其ー側(cè)。圖3為圖2的另ー視角圖，我們可以清楚的看到基材I是由多個(gè)片狀基板11堆疊形成有一定厚度的方形物體。圖中上方的多個(gè)箭頭表示的是入射的電磁波，下方的箭頭表示出射的電磁波，電磁波沿人造微結(jié)構(gòu)所在平面垂直射入。實(shí)際做產(chǎn)品的時(shí)候，還可以對(duì)其進(jìn)行封裝，使得從外部看不到人造微結(jié)構(gòu)，封裝的材料與基材相同。當(dāng)然，為了避免人造微結(jié)構(gòu)直接與片狀基板接觸產(chǎn)生的損害，還可以在相鄰的兩片片狀基板之間填充空氣或介電常數(shù)和磁導(dǎo)率與空氣接近的其它介質(zhì)。我們可以將整個(gè)超材料極化轉(zhuǎn)換器(事實(shí)上就是ー種超材料)分為多個(gè)相同的單元格，每個(gè)單元格都包括ー個(gè)人造微結(jié)構(gòu)及該人造微結(jié)構(gòu)所附著的基板，整個(gè)超材料極化轉(zhuǎn)換器可以看成是由這多個(gè)單元格組成，每ー個(gè)単元格都會(huì)對(duì)通過(guò)其的電磁波產(chǎn)生電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)響應(yīng)，即電磁波通過(guò)每ー個(gè)單元格時(shí)，所述兩個(gè)正交分量都會(huì)受到影響，即兩個(gè)正交分量的相位發(fā)生變化，只是由于人造微結(jié)構(gòu)具有各向異性的電磁特性，兩個(gè)正交分量受到的影響不一祥，即兩個(gè)正交分量的振動(dòng)會(huì)有快有慢，兩個(gè)正交分量的相位變化的大小不相同，因此兩個(gè)正交分量的相位差不斷變化，而在電磁波離開(kāi)超材料轉(zhuǎn)換器時(shí)，其經(jīng)過(guò)了多個(gè)單元格，相位差的變化得到累加，因此，若出射后的相位差△ Θ與入射前的相位差不同，則兩個(gè)正交分量的合成后的電場(chǎng)矢量(出射電磁波的電場(chǎng)矢量)將相對(duì)于入射前發(fā)生了極化特性的改變。人造微結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)的各向異性是指人造微結(jié)構(gòu)所在的単元格的電磁參數(shù)并不是每一點(diǎn)都相同。若我們定義電磁波的傳播方向?yàn)槿S直角坐標(biāo)系中的ζ軸，則由電磁波的基本原理可知，電場(chǎng)矢量E在X與y軸所構(gòu)成的平面內(nèi)，我們假定入射的電磁波的電場(chǎng)矢量為Ep其兩個(gè)正交分量為Ek與E& ；剛好離開(kāi)超材料極化轉(zhuǎn)換器時(shí)電磁波的電場(chǎng)矢量為E。，其兩個(gè)正交分量為Ele與E2e ;其中E11^表不沿光軸方向的分量，E2r則表不另ー個(gè)分量，Elc與E2e分別為E1,與E2,出射時(shí)的兩個(gè)分量；此處，Ec假定為電磁波剛好離開(kāi)超材料極化轉(zhuǎn)換器的電場(chǎng)矢量只是為了方便描述，因?yàn)殡姶挪x開(kāi)超材料后，其不再受到人造微結(jié)構(gòu)的影響，其極化特性已經(jīng)穩(wěn)定。如圖7所示，其表示電磁波極化轉(zhuǎn)換的示意圖(在X軸與y軸構(gòu)成的平面內(nèi))，我們假設(shè)電磁波在未入射之前與Ek的夾角為a，且剛好穿過(guò)極化轉(zhuǎn)換器后，電磁波的電場(chǎng)矢量E。的分量Elc;與Elr完全重合，E。與Elc;的夾角為b，以下分兩種情況來(lái)描述本發(fā)明中電磁波的極化轉(zhuǎn)換(I)任意夾角的兩個(gè)線極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換，此時(shí)Λ Θ = Kji (K為整數(shù))，此時(shí)兩個(gè)正交分量Elc;與E2。合成后得到的電場(chǎng)矢量E。的相位為ー常數(shù)，則實(shí)現(xiàn)了任意極化狀態(tài)的電磁波到線極化電磁波的轉(zhuǎn)換；如圖7所示，假設(shè)其表示的任意夾角的兩個(gè)線極化電磁波的轉(zhuǎn)換，則由于Ele與E2。相位差為K π，E2。在如圖7所示的位置上，根據(jù)幾何原理，合成后的E。與的模相等，只是E。相對(duì)于在X與y軸所構(gòu)成的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)了(a+b)的角度，由幾何原理同樣可得，a = b，即E。相對(duì)于民在X與y軸所構(gòu)成的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)了 2a的角度，若人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與電場(chǎng)矢量的方向呈45度夾角(即a = 45度)，即E,與E1,的夾角為45度，則經(jīng)過(guò)此種超材料極化轉(zhuǎn)換器后，E。相對(duì)于民在X與y軸所構(gòu)成的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)了 90的角度，則此種結(jié)構(gòu)的超材料極化轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)了水平極化與垂直極化的相互轉(zhuǎn) 換(即入射電磁波的電場(chǎng)矢量方向在y軸或X軸的方向上)。若人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與電場(chǎng)矢量的方向不是呈45度夾角(即a不等于45度)，則經(jīng)過(guò)此種超材料極化轉(zhuǎn)換器后，Ec相對(duì)于民在X與y軸所構(gòu)成的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)了的角度2a不等于90度，此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)水平極化與另ー種水平極化的轉(zhuǎn)換，或者是垂直極化與另ー種垂直極化的轉(zhuǎn)換。(2)線極化狀態(tài)的電磁波到非線極化的轉(zhuǎn)換，此時(shí)Λ Θ不等于Ku，其中K為整數(shù)。分兩種情況第一種情況，若要實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化電磁波之間的相互轉(zhuǎn)換，則Δ θ = (2Κ+1)(π /2)，且人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向呈45度夾角。即入射的電磁波的電場(chǎng)矢量民與Ek的夾角為45度，假設(shè)圖7為線極化和圓極化電磁波之間的相互轉(zhuǎn)換，則有，若a等于45度，則根據(jù)幾何原理，此時(shí)E1,與E2,幅度相等，因此出射電磁波的電場(chǎng)矢量E。的兩個(gè)正交分量Ele與E2。幅度也相等；兩個(gè)正交分量Ele與E2。幅度相等，且其相位差Λ θ = (2Κ+1)( π/2)，因此出射的電磁波的矢量端點(diǎn)從傳播方向看上去會(huì)在ー個(gè)圓上，出射的電磁波為圓極化波，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化電磁波之間的相互轉(zhuǎn)換。至于圓極化的左旋或者右旋和Elc;與Ε2。誰(shuí)超前有夫，即若Elc;超前E2。(/2),則為右旋圓極化，若Elc;落后Ε2。( π /2)，則為左旋圓極化。第二種情況，若要實(shí)現(xiàn)線極化和橢圓極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換，則Δ Θ不等于Κπ并且不等于(2Κ+1) (31/2)，且人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向的夾角不等于45度。即入射的電磁波的電場(chǎng)矢量艮與Eli的夾角為不為45度，假設(shè)圖7為線極化和橢圓極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換的示意圖，則有，若a不等于45度，則根據(jù)幾何原理，此時(shí)E1,與E2,幅度不相等，因此出射電磁波的電場(chǎng)矢量E。的兩個(gè)正交分量Elc;與E2。幅度也不相等；兩個(gè)正交分量E1。與E2。幅度不相等，且其相位差Λ Θ不等于(2Κ+1)(π/2)也不等于K π，因此出射的電磁波的矢量端點(diǎn)從傳播方向看上去會(huì)在一個(gè)橢圓上，出射的電磁波為橢圓極化波，從而實(shí)現(xiàn)了線極化和橢圓極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換。至于圓極化的左旋或者右旋和Elc;與Ε2。誰(shuí)超前有夫，即若Elc;超前Ε2。，則為右旋橢圓極化，若Elc;落后Ε2。，則為左旋橢圓極化。應(yīng)當(dāng)指出，上述的每ー相位差對(duì)應(yīng)ー類(lèi)(不是ー個(gè))超材料極化轉(zhuǎn)換器，特定的超材料極化轉(zhuǎn)換器功能是單ー的，只能實(shí)現(xiàn)特定的極化轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)楦鶕?jù)入射電磁波的極化特性不同，雖然出射電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量具有相同的相位差，但是不同入射的電磁波，超材料極化轉(zhuǎn)換器對(duì)其影響是不相同的，因此可以認(rèn)為它們是通過(guò)了不同的極化轉(zhuǎn)換器。人造微結(jié)構(gòu)通常采用金屬微結(jié)構(gòu)，在入射電磁波的極化特性確定的情況下，根據(jù)需要的出射電磁波的極化特性來(lái)設(shè)計(jì)超材料極化轉(zhuǎn)換器。例如，可以先選定基材與金屬微結(jié)構(gòu)的材料，再通過(guò)改變金屬微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布可以獲得想要的相位差△ Θ。這是因?yàn)?，通過(guò)改變金屬微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布，即可改變超材料極化轉(zhuǎn)換器空間中每一單元格的電磁參數(shù)ε和μ，從而改變相應(yīng)單元格的折射率η，超材料極化轉(zhuǎn)換器可以看成是由多個(gè)這樣的単元格組成的，因此通過(guò)合理計(jì)算可以得到想要的Λ Θ，從而實(shí)現(xiàn)想要的極化轉(zhuǎn)換。至于怎么得到金屬微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布，這個(gè)方法是多種的，舉個(gè)例子，可以通過(guò)逆向的計(jì)算機(jī)仿真模擬得到，先確定Λ Θ的數(shù)值，根據(jù)此數(shù)值去設(shè)計(jì)超材料極化轉(zhuǎn)換器整體的電磁參數(shù)分布，再?gòu)恼w出發(fā)計(jì)算出空間中每一單元格的電磁參數(shù)分 布，根據(jù)這每一単元格的電磁參數(shù)來(lái)選擇相應(yīng)的人造微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布(計(jì)算機(jī)中事先存放有多種金屬微結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù))。對(duì)每個(gè)単元格的設(shè)計(jì)可以用窮舉法，例如先選定ー個(gè)具有特定圖案的金屬微結(jié)構(gòu)，計(jì)算電磁參數(shù)，將得到的結(jié)果和我們想要的對(duì)比，對(duì)比再循環(huán)多次，一直到找到我們想要的電磁參數(shù)為止，若找到了，則完成了金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇；若沒(méi)找到，則換ー種圖案的金屬微結(jié)構(gòu)，重復(fù)上面的循環(huán)，一直到找到我們想要的電磁參數(shù)為止。如果還是未找到，則上述過(guò)程也不會(huì)停止。也就是說(shuō)只有找到了我們需要的電磁參數(shù)的金屬微結(jié)構(gòu)后，程序才會(huì)停止。由于這個(gè)過(guò)程都是由計(jì)算機(jī)完成的，因此，看似復(fù)雜，其實(shí)很快就能完成。作為ー個(gè)實(shí)施例，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述的每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板11上的金屬線。所述金屬線的圖案為ー非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)圖形，非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)圖形是90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的相對(duì)概念，所謂90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)是指，一圖形沿其對(duì)稱(chēng)中心向任意方向旋轉(zhuǎn)90度后都與原圖形重合，具有此圖形的金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的単元格表現(xiàn)出各向同性(即單元格空間內(nèi)的電磁參數(shù)每點(diǎn)都相同)。反之，具有非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的圖形的金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的単元格則表現(xiàn)為各向異性(即單元格空間內(nèi)并不是每點(diǎn)的電磁參數(shù)張量均相同)。金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的単元格若表現(xiàn)為各向異性，則會(huì)影響通過(guò)其中的電磁波的電場(chǎng)矢量，使得電磁波通過(guò)每ー個(gè)單元格時(shí)，所述兩個(gè)正交分量都會(huì)受到影響，只是由于人造微結(jié)構(gòu)具有各向異性的電磁特性，兩個(gè)正交分量受到的影響不一祥，即兩個(gè)正交分量的振動(dòng)會(huì)有快有慢，因此兩個(gè)正交分量產(chǎn)生了相位差的變化，而在電磁波離開(kāi)超材料轉(zhuǎn)換器時(shí)，其經(jīng)過(guò)了多個(gè)單元格，相位差得到累加，若最終相位差Λ Θ不等于入射前的相位差，則兩個(gè)正交分量的合成后的電場(chǎng)矢量(出射電磁波的電場(chǎng)矢量)將相對(duì)于入射前發(fā)生了極化特性的改變，實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換。作為ー個(gè)實(shí)施例，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板11上。如圖I所示，作為ー個(gè)具體的實(shí)施例，所述金屬線呈ニ維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線21及第ニ主線22，所述第一主線21的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線23，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線24。所述第一主線21及第ニ主線22相互平分，所述兩個(gè)第一支線23的中心連接在第一主線21上，所述兩個(gè)第二支線24的中心連接在第二主線22上。圖中只是示意，實(shí)際上第一主線、第二主線、第一支線及第ニ支線都是有寬度的。在這個(gè)實(shí)施例中，各向同性的情況為，在具備前特征外，金屬線同時(shí)還應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件I)第一主線與第二主線長(zhǎng)度與寬度相同；2)第一分支與第二分支長(zhǎng)度與寬度也相同；因此，只要不同時(shí)滿(mǎn)足上面的條件，則由上述圖案的金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的単元結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為各向異性。在本實(shí)施例中，所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量分解在第一主線21與第二主線22所在的直線上，即第一主線21與第二主線22中的一條的方向?yàn)楣廨S的方向。這樣ー來(lái)，電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量一個(gè)是在第一主線21的直線方向，另外一個(gè)則在第二主線22的直線方向，使得金屬微結(jié)構(gòu)2對(duì)電磁波的兩個(gè)正交分量都有影響 (電場(chǎng)響應(yīng))，這種影響經(jīng)過(guò)一定時(shí)間疊加后，則會(huì)使電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生相位差的變化，從而使得兩個(gè)正交分量的合成矢量(出射電磁波的電場(chǎng)適量)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了電磁波的極化轉(zhuǎn)換。在由任意極化狀態(tài)的電磁波轉(zhuǎn)換為線極化波時(shí)，出射的電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)分量的幅度可以相等也可以不等，若相等則可實(shí)現(xiàn)水平極化與垂直極化的相互轉(zhuǎn)換，此時(shí)，第一主線21與入射的電磁波的電場(chǎng)矢量呈45度夾角。并且在由任意極化狀態(tài)的電磁波轉(zhuǎn)換為圓極化波時(shí)，出射的電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)分量的幅度也要相等，此時(shí)，第一主線21與入射的電磁波的電場(chǎng)矢量也要呈45度夾角。如圖2及圖3所示，同一平面內(nèi)金屬微結(jié)構(gòu)呈4X6的矩陣排列，并且在電磁波的入射方向上排布有6層出塊片狀基板)，這只是個(gè)示意性表示，根據(jù)不同需要可以有不同的平面排列，并且在電磁波入射方向上金屬微結(jié)構(gòu)的排布也可以有其它層數(shù)。例如，在每一平面中的金屬微結(jié)構(gòu)的排布確定的情況下，可以通過(guò)平面的個(gè)數(shù)(片狀基板的個(gè)數(shù))來(lái)控制超材料極化轉(zhuǎn)換器在電磁波垂直入射方向上的厚度，從而獲得所需要的相位差，實(shí)現(xiàn)不同的極化轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，這里只是舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，金屬線還可以有其它的圖案(或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))，如圖4-圖6所示。其中圖4為上述圖案的衍生，即在兩個(gè)第一支線和兩個(gè)第二支線的兩端均再加兩個(gè)支線，依此類(lèi)推，還可以有很多其它的衍生圖案；其中圖5至圖6為上述圖案的變形；另外還有很多變形圖案，本發(fā)明并不能對(duì)此一一列挙。本發(fā)明的所述片狀基板11可以由陶瓷材料、環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟こ烯制得。作為ー個(gè)實(shí)施例，選用聚四氟こ烯來(lái)制成片狀基板。聚四氟こ烯的電絕緣性非常好，因此不會(huì)對(duì)電磁波的電場(chǎng)產(chǎn)生干擾，并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，使用壽命長(zhǎng)，作為金屬微結(jié)構(gòu)附著的基材是很好的選擇。作為ー個(gè)實(shí)施例，所述金屬線為銅線或銀線，銅與銀的導(dǎo)電性能好，對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)更加靈敏。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗g和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，包括以下步驟 51、在第一雷達(dá)向第二雷達(dá)發(fā)出與第二雷達(dá)初始極化方式相同的干擾電磁波時(shí)，設(shè)置一超材料極化轉(zhuǎn)換器于第二雷達(dá)的反射面與饋源之間，用以轉(zhuǎn)換第一雷達(dá)發(fā)出的干擾電磁波的極化方式； 52、第二雷達(dá)改用經(jīng)極化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的極化方式通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述超材料極化轉(zhuǎn)換器包括基材以及設(shè)置在基材上的電磁特性呈各向異性的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)均勻分布在垂直于電磁波的入射方向的一個(gè)或多個(gè)平面上，所述超材料極化轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的折射率呈均勻分布，所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量在所述一個(gè)或多個(gè)平面上內(nèi)分解成兩個(gè)不為零的正交分量，兩個(gè)分量分別與人造微結(jié)構(gòu)所處位置的光軸平行和垂直，在電磁波穿過(guò)超材料極化轉(zhuǎn)換器后，所述兩個(gè)正交分量具有了一與入射前不同的相位差A(yù) 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述基材由多個(gè)相互平行的片狀基板堆疊形成，每個(gè)片狀基板上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述片狀基板垂直于電磁波的入射方向，所有的人造微結(jié)構(gòu)在所述片狀基板上周期排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，若A0 =Ki則可以實(shí)現(xiàn)任意夾角的兩個(gè)線極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換，其中K為整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，若要實(shí)現(xiàn)水平極化與垂直極化電磁波之間的相互轉(zhuǎn)換，則使人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向呈45度夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，若要實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化電磁波之間的相互轉(zhuǎn)換，則A 0 = (2K+1) (Ir/2)，且人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向呈45度夾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，若要實(shí)現(xiàn)線極化和橢圓極化電磁波的相互轉(zhuǎn)換，則A 0不等于Kji并且不等于(2K+l)U/2)，且人造微結(jié)構(gòu)的光軸方向與入射電磁波的電場(chǎng)矢量的方向的夾角不等于45度。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線，所述金屬線的圖案為一非90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)圖形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第二主線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述第一主線及第二主線相互平分，所述兩個(gè)第一支線的中心連接在第一主線上，所述兩個(gè)第二支線的中心連接在第二主線上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量分解在第一主線與第二主線所在的直線上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，所述入射電磁波的電場(chǎng)矢量方向與第一主線呈45度夾角 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雷達(dá)抗干擾的方法，其特征在于，包括以下步驟S1、在第一雷達(dá)向第二雷達(dá)發(fā)出與第二雷達(dá)初始極化方式相同的干擾電磁波時(shí)，設(shè)置一超材料極化轉(zhuǎn)換器于第二雷達(dá)的反射面與饋源之間，用以轉(zhuǎn)換第一雷達(dá)發(fā)出的干擾電磁波的極化方式；S2、第二雷達(dá)改用經(jīng)極化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的極化方式通信。根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)抗干擾的方法，可以簡(jiǎn)單有效地防止敵方雷達(dá)的信號(hào)干擾。
文檔編號(hào)G01S7/499GK102680979SQ201110060728
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者劉若鵬, 張洋洋, 徐冠雄, 石小紅 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院