空军工程大学Advanced Science：基于非对称复合超表面的集成微波-红外兼容隐身与探测

随着综合探测技术的快速发展，亟需研究多频谱隐身技术来提高军事装备在战场上的生存能力。其中，微波雷达探测和红外探测为目前主要的探测手段，然而不同波段的隐身机制间存在固有矛盾，使得微波-红外兼容隐身技术成为对抗探测的研究重点。传统微波-红外兼容隐身材料的制备过程相对复杂，且不同波段的隐身材料在结构上存在几个数量级的差异，大规模、低成本生产多频谱隐身材料仍面临诸多挑战。而超表面以其超薄、易于集成、易于与任意平台共形、可灵活操纵电磁波等优点，为多频谱隐身和多功能器件提供了新的途径。此外，在多维侦察复杂环境下，迫切需要装备集成多频谱隐身和通信/探测功能，而微波-红外兼容隐身与探测集成的研究鲜有报道，特别是缺乏基于任意曲面平台的集成设计研究。

本文提出了一种集成微波-红外兼容隐身和高效探测的控制方法，采用非对称多功能超表面可在多频谱隐身场景下对探测波前进行控制。如图1所示，非对称复合超表面由红外隐身层（IRSL）、微波吸收层(MAL)和三层非对称微波透射结构(AMTS)组成。其中，通过控制红外隐身层上ITO的占空比，可以调控复合超表面的红外发射率、微波反射率和透射率。全极化微波隐身是通过微波吸收层与非对称结构集成实现的，微波吸收层由ITO条带阵列构成，非对称微波透射结构则由正交光栅和准I形谐振器构成。二者共同构成夹层吸波结构对y极化入射波进行吸波隐身，而x极化波则通过非对称结构选择性透过来降低反射，从而满足复杂探测环境下全极化微波隐身需求。此外，通过改变准I型谐振器可实现对前向y极化波的相位控制，并进一步根据射线跟踪方法来对任意曲面平台进行精确相位补偿，最终实现随需应变的前向探测波前。研究成果将为多频谱隐身和探测多功能集成提供新思路，有望在复杂环境中进一步提升侦察能力。

图1. 雷达-红外兼容隐身的非对称复合超表面探测与隐身工作示意图。

基于上述方法，研究团队在部分圆柱形平台上制作了具有微波-红外兼容隐身的涡旋波束产生器并进行了实验验证。如图2所示，实验结果表明其在8~18 GHz (覆盖X和Ku频段)范围内保持了10 dB以上的RCS减缩，同时产生了可用于探测的前向涡旋光束，并在3-5 μm和8-14 μm范围内均具有较低的红外发射率(<0.3)，满足红外隐身要求。