超材料如何做到让你隐身？

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。

超材料吸波结构按功能可以分为极化不敏感多角度入射型吸波材料、双频及多频吸波材料、宽频及超宽带吸波材料以及可调谐型吸波材料。下面，分别就电磁超材料吸波结构亟待解决的问题介绍超材料吸波结构的研究情况。

1.极化无关超材料吸波结构

Landy等首次提出完美吸收超材料吸波体，该窄带吸波体由印刷在介质板两面的超材料单元组成，其正面为开口谐振环、背面为间断的金属条带。当入射电磁波频率位于该结构谐振频率附近时，电磁波将被限制在该结构内，在达到阻抗匹配的情况下，具有损耗的电介质会对电磁波产生强损耗吸收。超材料吸波体在窄频带范围内能够获得接近100%的吸波率而受到广泛关注。由于该结构对称，所以存在着各向异性的特点，即电磁波极化方向改变后吸波结构的吸波特性会发生改变。

为了能够消除吸波材料各向异性的特点，使其具备极化不敏感的性质，提出了基于具有高对称性的圆环和圆片的平面超材料吸波体，该结构采用了中心对称的形式，以此来消除各向异性。通过理论和实验均证明了四向对称形状等类似的中心对称型电磁谐振环可以增强吸波材料极化不敏感特性。此外，针对极化不敏感特性提出了基于树枝状结构的极化无关超材料吸波体，仿真结果显示其电磁波吸收率达到了90%，并且可以看到更好的中心对称型使得这种结构拥有了更好的极化不敏感特性。

2. 多频带超材料吸波结构

为实现多频带吸收，有学者通过实验验证了基于圆环形电谐振器的双频带吸收超材料吸波体，通过将极化相关的电谐振器旋转90度排列分布实现了双频带吸收，且其对斜入射横电极化和横磁极化电磁波在60度时仍具有较好的吸收效果。他们还制作了基于单一电谐振结构的双频带吸收，且具有极化无关和宽角度吸收特性。并将多个具有不同尺寸大小的经典电谐振结构在同一平面内进行复合，理论分析并实验验证了具有三频带吸收特性的超材料吸波体。进而有学者发现采用结构比较复杂的单一周期单元结构并采用六边形阵列分布可实现双频带极化无关超材料吸波体，由于两个吸收频带相距较近，因而同时拓展了吸收带宽。通过后续实验验证了基于同一平面内三个具有不同尺寸大小的同心金属方环结构的三频带吸收超材料吸波体，该吸波体具有宽角度吸收、极化无关和厚度薄等优点，并同时分析了其损耗吸收的来源，在微波波段，损耗主要来自于损耗介质的介电损耗，而周期金属结构中所存在的欧姆损耗在微波波段则可以忽略不计。此外，还有学者采用不处于同一平面内的多个金属方环实验验证了三频带吸收且是极化无关的超材料吸波体。

3.宽带超材料吸波结构