基于超构材料的红外和雷达兼容隐身材料研究进展.docxVIP

运用各种侦察探测手段，实现战场透明化是现代信息化战争的一个基本特点。红外探测和雷达探测被广泛应用于战场，这促使红外和雷达兼容隐身技术成为了对抗探测的研究重点。相较于传统红外和雷达兼容隐身材料，基于超构材料的新型红外和雷达兼容隐身材料表现出更加优异的性能。

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红外和雷达兼容隐身原理与途径

红外隐身，顾名思义就是降低目标被红外探测器（红外探测系统）发现的概率，达到隐身的目的。红外探测器通过对物体发射的红外线进行感光成像，进而可以发现与背景存在较大红外辐射差异的位置。一般而言，武器装备以及作战人员相较于环境背景均具有较强的红外辐射。控制目标红外辐射实现红外隐身的两个途径：一是控制目标表面的红外发射率；二是控制目标的表面温度。通常为了实现军事目标的红外隐身，需要尽可能降低其表面温度和所用材料的红外发射率。雷达通过主动发射并接收目标被动反射的电磁波实现对目标的探测。雷达隐身的目的就是降低目标被雷达探测设备发现的概率。雷达散射截面（RCS）就是反映目标在受到电磁波照射后，向雷达接收方向散射电磁波能力的量。通过降低目标的RCS可以减小目标被探测的距离，进而降低目标被发现的概率。降低武器装备RCS的主要途径有：一是通过外形设计等方法来改变散射波的方向；二是通过雷达吸波材料吸收入射的电磁波。红外和雷达兼容隐身材料要能够在红外和雷达两个频段同时具有隐身能力，然而不同频段对隐身材料的电磁特性一般具有不同的要求，甚至在某些方面是相互限制的。红外隐身一般要求材料具有低发射率，根据基尔霍夫定律也就是低吸收率；而雷达隐身为了更好地吸收入射电磁波，则一般要求材料具有高吸收率，这就导致红外隐身和雷达隐身在隐身材料吸收率上存在机理上的矛盾，这也正是红外隐身和雷达隐身兼容的科学难点所在。因此，红外和雷达兼容隐身材料的研究重点是在借助上述能够实现红外隐身和雷达隐身的途径的基础上，尽可能降低两者在隐身性能上的相互影响。目前常见的红外和雷达兼容的隐身材料实现的途径可概括为以下两种：第一，通过研制单一型材料，使其能够同时实现红外低辐射和雷达高吸收，实现红外和雷达兼容隐身。第二，将能够分别实现红外隐身和雷达隐身的两种材料进行复合，且复合后两种材料依然能够较好地保持各自的隐身性能。红外隐身材料和雷达隐身材料在材料吸收率上存在隐身机理方面的矛盾，这导致通过单一型传统材料实现两者的兼容难度较大。但是通过单一型传统材料实现红外和雷达兼容依然是梦寐以求的，为此很多学者也进行了大量研究。目前国内外研究较多的单一型传统红外和雷达兼容隐身材料可分为导电聚合物、纳米材料和掺杂氧化物半导体三类。超构材料（Metamaterials）是一种由亚波长的周期性或非周期性单元结构组成的人工材料。通过设计可以实现天然材料所不具备的超常物理特性。不同于传统材料，超构材料的性质不由其化学组成成分的固有性质所决定，而是取决于组成材料的周期单元的性质。随着研究的深入，超构材料的概念也在不断地发展完善，其涵盖的研究领域及涉及范围也不断扩大，包括左手材料、电磁超构材料、光学超构材料、声学超构材料、力学超构材料等。其中，电磁超构材料通过调节其人工结构单元的结构参数，可实现对超构材料电磁参数的自由设计，进而实现对在其中传播的电磁波的相位、幅值、极化等的自由调控。光子晶体是由不同介电常数的介质周期性排列而成的、能够实现对电磁波调控的人工结构材料，因此通常被认为是电磁超构材料的一个分支。吸波超构材料，也被称作超构材料吸波体，是指由超构材料结构和介质基板组成的一类复合吸波材料，它基于阻抗匹配和电磁谐振机理能够实现对入射电磁波的完美吸收，也是电磁超构材料的一个重要分支。相较于传统吸波材料，吸波超构材料具有厚度薄、质量轻、吸收强以及电磁参数可调等优点，在隐身领域表现出独特优势。编码超构材料是电磁超构材料的一个新兴分支，它将数字编码的思想融入到了超构材料设计，将具有不同相位响应的结构单元进行编码，通过设计编码序列可以实现对电磁波的调控。光子晶体、吸波超构材料和编码超构材料均属于电磁超构材料的范畴，都具有超构材料的人工设计和亚波长周期结构的特性，其对电磁波的调控特性更大程度上取决于其周期结构而不是材料本身的性质。三者的不同之处在于具有不同的调控机理，光子晶体通过调控光子禁带的位置实现对电磁波反射和透过的控制，吸波超构材料借助于阻抗匹配和电磁谐振实现完美吸收，编码超构材料则是通过对电磁波反射相位的控制实现了对电磁波的操控。由于超构材料能够灵活地调控电磁波，其在隐身技术领域的研究价值也日益凸显，相关方面的研究也逐渐深入。超构材料的出现也为红外和雷达兼容隐身材料设计提供了一种全新的思路，基于光子晶体、吸波超构材料和编码超构材料的红外和雷达兼容隐身材料也得到了迅速的发展。

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红外和雷达兼容隐身超构材料

基于光子晶体的红外和雷达兼容隐身材