宽角可调回射器：集成柱型龙伯透镜与可调吸波超表面实现电磁波回射调控

图1 宽角可调回射器应用场景示意图

传统回射器主要分为有源与无源两类。无源方案如角反射器、龙伯透镜反射器等，虽能实现大角度方向回射，但其电磁特性一经加工便无法改变，难以应对复杂多变的战场需求。有源方案如基于相位检测或数字共轭电路的逆射阵列，虽可实现动态调控，但系统复杂度高、硬件开销大。近年来，可调超表面的发展为解决上述难题提供了新思路。然而，现有超表面回射器大多需要提前预知入射方向，或依赖复杂算法进行波达方向估计，难以满足高动态场景下的实时性要求。更为关键的是，目前尚无可靠方案能够同时对来自不同方向的多个入射波进行独立的雷达散射截面(RCS)调控。

图2 宽角可调回射器模型与实测场景

研究亮点

针对上述挑战，研究团队提出了一种基于柱型龙伯透镜与可调吸波超表面共形集成的新型可调回射器，巧妙地将龙伯透镜的自回射特性与可调超表面的动态调控能力相结合，首次实现了宽角域、宽频带、双极化稳定的方向回射与RCS独立调控。龙伯透镜具有独特的径向梯度介电常数分布，能够将任意方向入射的平面波自动聚焦于对侧焦面，从而实现无需预知来波方向的自回射。为突破传统加工工艺的限制，团队基于等效介质理论，采用3D打印技术，以PEEK 550为基材，通过介质柱与互补空气孔单元的组合，精确地实现了介电常数从中心到边缘的梯度变化。

图3 宽角可调回射器宽带、宽角单站RCS调控性能的实测结果

在此基础上，团队设计了一款共形可调吸波超表面替代传统金属反射层，将龙伯透镜从“功能固化”升级为“动态可控”。该超表面单元采用三层金属结构，通过在顶层引入缝隙电容、中间层引入并联蜿蜒电感，有效抑制了PIN管寄生参数对带宽的限制，实现了4-10 GHz范围内超过10 dB的反射率连续调控。将设计的可调吸波超表面共形贴附于透镜半侧焦面，并通过偏置总线将其划分为左右两个独立可控区域，使得该回射器首次具备了对来自不同方向入射波的独立RCS调控能力。

图4 宽角可调回射器分区独立RCS调控性能的实测结果

实测结果表明，当左右区域控制电压相等时，该反射器在5-9 GHz带宽内对±60°方位角内的来波均可实现约10 dB的单站RCS动态控制，且TE/TM双极化性能高度一致。更令人瞩目的是，当左右区域偏压不等时，该回射器可同时对来自左侧（-60°至-5°）和右侧（5°至60°）的入射波分别呈现“强反射”与“弱反射”状态，实现了真正意义上的“分区独立调控”。

总结与展望

本研究开创性地将柱型龙伯透镜与共形可调吸波超表面相融合，提出了一种兼具宽角、宽带、双极化的新型可调回射器。通过3D打印技术精确实现梯度介电常数，通过精心设计的可调吸波超表面单元实现宽频反射率调控，最终在实验层面首次验证了对多方向来波的独立RCS控制能力。与现有方案相比，本工作在相对带宽、角度覆盖、硬件复杂度及实时性等方面均展现出显著优势。该成果为复杂电磁环境下智能对抗、目标欺骗等应用提供了全新的技术路径。