超材料在雷达和隐身技术中的应用
基于超构材料的红外和雷达兼容隐身材料研究进展
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。
1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。
超材料及其应用前景
超材料及其应用前景随着科技的不断发展，人类对材料的需求越来越高。
超材料在这个领域中的应用越来越广泛。
它能够改变光、声波传播的行为，并在许多领域中发挥着重要的作用。
本文将介绍超材料的基本概念、研究进展以及未来的应用前景。
一、什么是超材料？超材料是由一系列不同的物质组成的复合材料，这些物质的特性对电磁、光学和声学波的传播有很大的影响。
在常见的材料中，这些特性通常是固有的，在超材料中，这些物质的特殊配置会在微观尺度上改变传播方式。
这种特殊的构造使得超材料具有一些非常独特的性质，例如负折射率和分数折射率等。
二、超材料的研究进展超材料的研究始于20世纪90年代后期，最早用于天线和雷达技术中。
随着技术进步，研究人员们开始研究超材料在光学和声学方面的应用，并在这些领域中进行了大量的实验。
超材料是由人工微结构制成的，这种制造方法对材料的厚度、形状、组合和阵列等进行了精细调节。
在研究中，研究人员发现，超材料的折射率能够为负值，这是在常规材料中不可能出现的物理现象。
负折射率使得光线的反射和折射几乎消失，这为制造抗反射表面和非球面透镜提供了理论基础。
三、超材料的应用前景超材料在光学、声学、电磁学等领域都有广泛的应用前景。
1.光学方面超材料在光学方面的应用主要是通过改变材料的微观结构来控制光的传播，这项技术被称为“短波材料”。
通过制造具有特定的细微结构的超材料，人们可以针对某些波长的光对其进行偏振、旋转或折射。
这种材料可以用于制造高分辨率显微镜、透镜和光纤通信系统。
2.声学方面超材料在声学领域的应用可以改善噪声和震动的控制和减弱。
超材料可以控制和调节声波和振动的传播，改变声波的频率、幅度和相位。
这种技术可以应用于建筑物的隔音、消声、降噪，以及车辆引擎、飞机发动机的噪声控制等领域。
3.电磁学方面超材料在电磁学方面的应用可以改善电磁波的传播和控制。
超材料可以用于隐身技术以及制造具有特殊电磁波吸收性能的设备。
例如，超材料可以制造成光隐形材料，使得电磁波穿过时不会被探测到。
超材料在电磁波隐身中的应用研究
超材料在电磁波隐身中的应用研究隐身技术近年来在军事和民用领域都得到了广泛的应用。
其中电磁波隐身技术是最常见的一种隐身技术，其实质是通过改变隐身物体对电磁波的反射、折射和透射等物理特性，使敌方雷达等电子设备无法检测到隐身物体存在的一种技术手段。
而超材料因其特殊的电磁波响应特性，被认为是用于电磁波隐身中最有前途的材料之一。
超材料是一种人造材料，其物理、电学和磁学特性都可以通过设计、结构排列等方法进行调控。
这种材料在许多领域中都具有很高的研究价值，尤其是在电磁波隐身领域中的应用。
超材料的应用主要有两种方式：一种是利用这种材料，制造出电磁吸收、屏蔽、反射等新型材料；另一种则是构造出特殊的超材料结构，实现对电磁波的调控和转换，并且将其应用于具有特殊功能的隐身设备中。
超材料的电磁波响应特性主要体现在其微观结构所表现出的新颖电磁波介质性质上。
这种材料中的结构单元可以自然或制造出比传统的晶体材料尺寸小得多的结构单元，这些结构单元之间可以进行广泛的交互作用和相互影响。
超材料的这种结构可以设计出具有负磁导率、负介电率等非常规电磁参数的材料，能够产生具有新颖电磁特性的电磁波介质响应。
这种响应使超材料可以对电磁波进行有效的反射、折射和透射，具有更好的电磁波隐身性能。
近些年来，超材料在电磁波隐身中的应用研究取得了良好的成果。
2018年，科学家们就利用纳米超材料设计制造了一种新型电磁隐身材料，尝试在实验室环境下对地面雷达监测到的普通物体进行了电磁波隐身试验。
该试验有了不错的效果，最终实现了对电磁波隐身的探索。
此外，超材料可控制电磁波的透射率，可以使电磁波透过隐身设备后不损失过多的能量，从而减小被探测的概率。
此项技术是电磁波隐身技术的重要手段之一。
然而，由于超材料的制造成本较高，且目前研究还未能完全克服超材料在实际应用中的问题，实际生产和应用中需要更多的投资和技术支持。
研究人员需要进一步集中研究，改进生产成本，提高超材料结构的实用性和稳定性，以便在实际的工程应用中发挥出其更大的潜力。
超材料在隐身技术领域的研究进展
超材料在隐身技术领域的研究进展来源：中国航空报，作者：张明习刘晓春门薇薇核心提示：超材料（Metamaterial）是一类由亚波长结构单元作为基本单元构成的具有自然材料不具备的超材料物理特性的人工复合结构或材料，在长波长条件下，具有等效介电常数和等效磁导率，电磁参数依赖于其基本构成单元的谐振特性。
超材料（Metamaterial）是一类由亚波长结构单元作为基本单元构成的具有自然材料不具备的超材料物理特性的人工复合结构或材料，在长波长条件下，具有等效介电常数和等效磁导率，电磁参数依赖于其基本构成单元的谐振特性。
通过对人工结构单元结构参数的调节，可实现对超材料电磁参数、反射相位、透射相位、手征参数等的自由设计。
因此，超材料具有很大的设计灵活度，在新型物理器件、天线系统、隐身材料等领域具有巨大的潜在应用价值。
隐身技术是现代军事中具有巨大战术价值和战略威慑作用的一项技术。
近几年来，超材料在隐身领域的研究也受到了广泛的关注，利用超材料不同的物理性质可以实现不同物理机制的隐身。
超材料吸波隐身技术电磁波吸波材料是武器装备的重要材料之一，可以大幅降低飞行器的雷达散射截面积，从而提高其生存防御能力和总体作战性能。
吸波材料是指能吸收、衰减入射电磁波，并将电磁能量转换成其他形式的能量而耗散掉，或调制电磁波使其因干涉相消的材料。
超材料出现后研究人员将其引入雷达吸波材料结构体中，结合其损耗特性和频率响应特性开展广泛研究。
超材料吸波隐身技术的吸波机理是：在谐振和反谐振区域，标志材料损耗特性的复介电常数和复磁导率的虚部也达到了峰值，这意味着超材料会对电磁波表现出强烈的吸收特性，因而基于超材料可以设计出具有强吸波效应的吸收剂。
超材料既可以单独作为吸波材料使用，也可以与传统吸波材料复合，从而制备出满足微波隐身“薄、轻、宽、强”要求的新型复合吸波材料。
作为结构型的超材料，在作为隐身材料使用时，由于其工作频率、介电常数和磁导率等电磁参数的易调节性，容易实现超材料的吸波层与自由空间的阻抗匹配，从而大幅度减少反射波强度罩。
新型柔性雷达吸波超材料：实现全向、高效隐身
新型柔性雷达吸波超材料：实现全向、高效隐身本文由空天防务观察（ID:AerospaceWatch）授权转载，作者：胡燕萍中国航空工业发展研究中心《空天防务观察》导读：如果不考虑网络空间和电磁频谱对抗手段，军用航空器的“隐身”该往何处发展？在“从不隐身到隐身”的时代，外形曾占据主导地位，但或许这已是过去时了；在“从隐身到更隐身”的时代，什么才会是主导呢？美国人曾说，得益于采用新的先进材料等因素，B-21“袭击者”轰炸机的隐身性能“比B-2好得多”……结合技术进展来看，也许材料就是“从隐身到更隐身”时代的一个关键。
我们在此不判断这里的材料是否尤指超材料，但无论如何，超材料在隐身等许多领域的应用进展是非常值得关注的。
2016年2月，美国爱荷华州立大学在美国防部和美国自然科学基金会共同资助下，研发出一种新型柔性雷达吸波超材料。
这种超材料采用可拉伸的柔性硅基底，内嵌液态镓铟锡合金开口谐振环作吸波特征结构单元，通过拉伸基底可实现波频段在8～11吉赫兹连续可调，吸波带宽达2吉赫兹，吸波效能较常规雷达吸波材料高100倍。
这种柔性、可伸缩超材料制成的智能蒙皮具有良好的吸波效果，有望应用于新一代隐身作战飞机、无人机、未来空间隐身飞行器等，提升武器装备的电磁隐身性能。
一、超材料吸波体可打破常规隐身材料性能瓶颈，但只能作用于某一特定频率武器装备隐身性能可通过结构设计与隐身材料两种方式联合使用实现。
随着装备平台的发展，结构设计升级空间日渐狭窄，隐身效能提升对材料的依赖加大。
常规隐身材料一般是利用“吸波”原理，将进入材料的探测波通过多次折射，衰减吸收，从而减少波的反射，达到隐身效果。
目前，利用折射吸波的常规隐身材料在吸波率及全向性这两个方面陷入瓶颈：一是，要达到高吸波率，需要增加吸波材料厚度，但由此会带来武器装备尺寸和重量的增加；二是，由于波入射方向直接影响到吸波效果，常规隐身材料仅对特定入射范围的探测波有高吸收率。
超材料的问世为吸波材料突破技术瓶颈提供了一个新的思路。
超材料在隐身技术领域的应用
超材料在隐身技术领域的应用目录编者按 (1)1.超材料介绍 (1)2.超材料的隐身技术应用优势 (3)3.超材料的隐身技术军事应用进展 (4)4.超材料的隐身技术军事应用前景 (5)编者按超材料具备常规材料所不具备的超常物理性能，能够实现对光波、电磁波、声波的操控，由此带来武器装备性能的提升和设计自由度的拓展。
近年来，超材料在隐身技术领域的应用成果不断涌现。
作为提高武器系统生存与突防尤其是纵深打击能力的有效手段，超材料已成为立体化战争中最有效的突防技术手段。
1.超材料介绍超材料又名超颖材料，是指具有人工设计的结构、呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，介于宏观与微观之间的介观微结构是超材料的基本组成单元。
它通过复杂的人造微结构设计与加工，实现了人造“原子”及其组合，可以改变原有材料对电磁场的响应。
超材料技术是一个跨学科领域，涉及电子工程、凝聚态物理、微波、光电子学、材料科学、半导体科学以及纳米技术等，其设计思想和方法成为发掘材料新功能、引领产业新方向、提高材料综合性能的重要手段，是继高分子材料、纳米材料之后新材料领域又一重大突破。
超材料是一个热门研究课题，尤其在涉及现代天线结构的领域更是如此。
今天我们就一起来认识一下。
超材料的简介超材料CmetamateriaD,其中拉丁语词根表示“超出、另类”等含义，因此一般文献中给出超材料的定义是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。
”指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。
简而言之，超材料是指能够实现自然界中未知特性的材料和结构的组合，是21世纪以来出现的一类新材料，其具备天然材料所不具备的特殊性质，而且这些性质主要来自人工的特殊结构。
超材料的设计思想是新颖的，这一思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。
超材料的设计思想昭示人们可以在不违背基本的物理学规律的前提下，人工获得与自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物质”，把功能材料的设计和开发带入一个崭新的天地。
隐身的原理
隐身的原理
隐身技术是通过控制光线的传播和反射来实现的，主要分为光学隐身和电子隐身两种方式。
光学隐身是利用材料的折射率负值来使光线绕过物体，从而实现隐身效果。
科学家们研发了一种名为“超材料”的材料，其折射率可以被精确调控。
当光线照射在超材料上时，它们会被弯曲和分散，从而绕过物体，使物体变得难以观察到。
这种技术实际上是将物体的光学特性与周围环境融为一体，达到透明化的效果。
电子隐身则是通过操控电磁波来实现的。
利用电磁波的一种特性，即电磁波被物体吸收后会发生衍射和绕射，可以将物体的存在“抹去”。
这种技术主要应用于雷达隐身技术中，通过设计物体表面的几何形状和材料特性，使其对电磁波的反射和吸收降至最低，从而使物体不被雷达探测到。
总的来说，隐身技术的原理就是改变光线或电磁波在物体表面的传播和反射方式，使物体在观测者的视觉或雷达探测中变得“透明”。
这些技术的发展不仅对军事领域具有重要意义，还有很大的应用前景，比如在民航领域可以提高飞机的安全性和隐私性。
超材料在隐身领域的研究及应用进展
在这种情况下， 人们提出了超材料的概念， 它不仅包括 介电常数和磁导率同时为负的左手材料， 也包括介电 常数或者磁导率单独小于 1 以及单独小于 0 的特殊材 ［2 ］ 料。由于其具备的独特的电磁特性 ， 有关超材料的 。 制备和应用研究工作成为当前的热点 近几年来， 超材料在隐身领域的研究也受到了广 ［35 ］ 。由于超材料可实现与以前常规材料截 泛的关注 然不同的折射， 因此人们对隐身的研究注意力也从单 纯的吸波研究扩展到了控制电磁波的绕射从而达到隐 身的目的。下面将从几个方面介绍当前基于超材料的 隐身研究进展。
{
图 3 Schurig 提出的隐身圆柱 Fig 3 Metamaterial electromagnetic cloak by Schurig Cai 等［11］ 提出了二维 TM 波弱 依据同样的理论， 化隐身斗篷， 并且根据有效介质理论设计了一种在光 ［12 ］ 波段的隐身斗篷。 Huang 等 则设计了另一种二维 TM 波弱化隐身斗篷， 考虑到这种隐身斗篷没有磁共 ， 振 其不同方向的各向异性是由均匀物质交替构成的 Ｒuan 等［13］ 为了避 同心层状结构来控制的。2007 年， 免在坐标变换时设计的斗篷参数具有奇异性 ， 采用了 一种近似理想情况的模型进行求解 。他们通过在理想 斗篷的基础上引入一个趋于零的微小扰动 ， 系统地研 究了近似理想情况与理想情况之间散射系数的变化关 ［14 ］ 系。Yan 等 则进一步证明， 若采用简化材料参数的 方法， 使用均匀各向同性材料设计的隐身斗篷并不能 实现完美的隐身效果。 Jiang 为了克服上述斗篷参数存在奇异性的缺点， ［15 ］ 等 利用线坐标变换代替点坐标变换， 研究了无奇点 的隐身斗篷。他们发现， 在椭圆柱坐标系统中利用坐 标变换的方法可以将要隐身的物体压缩为一条线段 ， 当椭圆的焦距较小时， 椭圆斗篷即简化为圆形斗篷。 这种设计的优点在于隐身斗篷的各个参数没有奇点 ， ［16 ］ 并且参数的变化范围较小。 Leonhardt 等 则在 2009 年利用非欧几何空间中的坐标变换方法， 首先建立一 个曲线的非欧几何空间， 然后将该空间映射成物理空 间， 这样可实现宽带隐形， 并且不要求材料具有奇异 。 性 Ｒahm 等［17］ 在 2008 年提出了 基于光学变换理论，
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超材料在雷达和隐身技术中的应用随着科技的不断进步，人们对材料性能的要求也越来越高。
在
军事领域，雷达和隐身技术的研究一直是一个重要的方向。
超材
料作为一种新型材料，因其在电磁波谱范围内具有特殊的反射和
透射效应，被广泛地应用于雷达和隐身技术领域。
一、超材料概述
超材料是一种具有媲美天然材料的异常功能的复合材料，其功
能是通过控制介质中的结构来实现的。
超材料可以通过纳米和微
米尺度的尺寸和形状调整，从而实现对电磁波的控制。
超材料的
结构隐藏了出色的光学性能和电磁响应特性，使得它们在隐形设备、光学器件和天线领域等方面都有广泛的应用。
二、超材料在雷达技术中的应用
雷达技术是一种利用电磁波来探测物体和监测地球表面的技术。
自20世纪30年代起，雷达技术在战争中扮演了重要的角色。
但是，早期雷达技术存在着缺陷，如误报率高、互干扰以及易受干
扰等。
而超材料的应用可以有效地解决这些问题。
通过控制超材料的结构和形状，可以实现多频段的全方位反射、偏转和吸收。
这就使得在雷达监测中，可以使用超材料制成的隐
形设备实现目标被动发现，即目标环境的光学特性与超材料自身
光学特性的匹配程度是大于或等于有、目标响应模式能被模拟的
条件。
另外，超材料还可以制成超材料天线，能够替代传统的射频器件。
超材料天线的优点在于具有更小的尺寸和重量、难以被侦察
和攻击。
此外，超材料天线还具有更快的反应时间和更高的效率。
三、超材料在隐身技术中的应用
隐身技术是指通过吸收、散射和偏转电磁波，使得具有这种技
术的设备或目标不被雷达等探测到或无法识别。
在现代战争中起
着至关重要的作用。
而超材料在隐身技术中的研究也越来越受到
关注。
超材料在隐身技术中的应用主要包括两个方面：一是隐身涂料，二是隐身结构。
隐身涂料是由超材料制成的，具有很好的吸收能力和抗磨损性，可以在飞行过程中吸收雷达发出的电磁波，使得目标不容易被侦
测到或识别出来。
隐身结构是由超材料制成的，用来构成飞行器或舰艇的表面结构。
超材料隐身结构的作用在于可以通过调整超材料的电磁特性，实现反射、透射和吸收等功能，从而使得目标对雷达等探测设备
的回波信号降低到最低程度。
四、结语
超材料的应用是隐身技术的关键所在，也是雷达技术发展的必
然趋势。
超材料的性能在不断的研究中得到不断的完善和提高。
因此，超材料必将在未来的军事领域中发挥更为重要的作用。