基于电磁-热超表面的协同设计：用于高功率微波防护、雷达隐身和波束扫描

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Electromagnetic-Thermal Metasurface-Based Co-Design for HPM Protection, Radar Stealth, and Beam Scanning

电磁-热超表面设计实现高功率微波防护、雷达隐身与波束扫描，等效电路模型分析多层电磁解耦，散射模式低功率时频带内吸波/频带外相消，高功率时频带内反射/频带外抑制，辐射模式通过相位激励实现二维宽角扫描（52°/45°），实测7dB RCS降低，0.27dB最小插入损耗，非线性层阵列验证自适应HPM保护，热稳定性达123.3℃以下。

　　

摘要：

本文介绍了一种共设计的电磁-热超表面，用于高功率微波（HPM）防护、雷达隐身和波束扫描。该结构包含一个双层能量选择性表面（ESS），其中叠置有辐射层。为了分析各功能层之间的电磁解耦，建立了一个等效电路模型（ECM）。在散射模式下，该超表面表现出双重响应特性：在低功率微波（LPM）照射下，带内信号被匹配端吸收；而在高功率微波（HPM）照射下，带内信号被反射以防止耦合，同时保持对带外信号的抑制。在辐射模式下，通过内部端子的相位激励实现宽角度二维波束转向。对一个尺寸为8×8的原型进行的测量结果显示，在x和y极化方向下，雷达截面积（RCS）从2.36 dB降低到7.38 dB（频率范围为2.36–7.38 GHz）；在4.39 GHz时，最小插入损耗（IL）为0.27 dB。该超表面支持在E平面内最大52°、在H平面内最大45°的双线极化波束扫描。在波导中测试的2×1非线性层阵列展示了自适应的HPM防护能力。热分析表明，在强烈照射下，表面温度可稳定保持在123.3℃以下。这些结果证实，所提出的设计适用于恶劣环境中的多功能射频（RF）孔径系统。