本发明属于电磁隐身，具体涉及一种基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷。
背景技术：
1、近年来，随着材料科学、光学和电磁学等领域的进步，隐身技术的研究取得了显著的进展。传统的隐身斗篷设计方法有三种，包括变换光学法、保角映射法和散射相消法。
2、变换光学理论通过推导空间坐标变化和调节物体周围的波传播路径，为首次报道的隐形斗篷提供了理论基础和概念设计。这种方法依赖于对光线的精确控制，使其绕过目标物体，从而使物体看似消失。然而，变换光学要求材料具有复杂的各向异性特性，制造难度较大，且在可见光波段的应用仍存在挑战。保形映射斗篷基于虚实空间变换，放宽了对各向异性材料的要求，但仍然需要材料在大范围内具有逐渐变化的折射率。这使得设计和制造过程复杂，难以在实践中实现。基于散射消除技术的隐形斗篷，通过降低物体的散射特性来隐藏物体。这种设计较为简单，但其应用范围有限，仅适用于尺寸接近工作波长的物体。为了降低透射式隐形衣的实现难度，人们提出了基于准保角变换的地毯式隐形衣。这种隐形衣通过超材料地毯覆盖物体来隐藏地平面上的物体，尽管在一定程度上简化了设计，但超材料地毯仍然受到体积庞大的限制。
3、超表面是超材料的二维平面阵列形式，由具有亚波长尺寸的周期性或者非周期的人工单元排列而成，其厚度远小于工作波长，是一种新型的人工电磁媒质。构成超表面的单元可以进行任意的人工排布，使超表面在控制电磁波上具有很高的自由度，通过结构设计和参数调整，可以改变电磁波的振幅、相位和极化，且具有低损耗、低成本、结构薄而紧凑、宽带工作和设计灵活等优点。超表面的发明在一定程度上缓解了超材料隐身的局限性，具有更轻、更灵敏的特点，已经被广泛地应用于地毯式隐身斗篷。然而地毯式隐身斗篷只能工作在反射波中，无法在透射波中真正隐形，而基于超表面的透射型隐身斗篷少有公开报道。尽管当前已经取得了一些进展，但隐身衣的设计和实现仍面临诸多挑战，更多实用且高效的透射隐身斗篷设计方法有待探索和实现。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，该隐身斗篷结构简单，易于实现，隐身性能好，应用范围广。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，包括外部的透射层和内部的反射层，所述反射层围挡的空间为隐身区域；所述透射层由若干块平面透射超表面拼接而成，所述反射层由若干块平面反射超表面拼接而成；所述平面透射超表面和平面反射超表面均具有极化转换和相位调制功能，以使入射波在透射层和反射层之间区域多次反射而不进入隐身区域，最后回到原传播路径出射，从而形成透射型隐身斗篷使隐身区域内物体隐身；所述平面透射超表面和平面反射超表面通过相位调制来补偿多次反射造成的波程差。
3、进一步地，所述透射层的内壁和外壁均覆盖有金属极化栅，所述金属极化栅是由多个金属直条平行排列构成的金属结构，具有极化筛选功能，对极化方向垂直于金属极化栅的电磁波完全透射，对极化方向平行于金属极化栅的电磁波完全反射；所述透射层外壁的金属极化栅垂直于入射电磁波的极化方向，所述透射层内壁的金属极化栅平行于入射电磁波的极化方向。
4、进一步地，从隐身斗篷的二维平面结构看，所述透射层和反射层均为内顶角为2α的菱形结构；所述透射层的边长为 l t，所述反射层的边长为 l r；所述透射层和反射层的边长满足条件：。
5、进一步地，平面波从隐身斗篷一侧入射后，在透射层和反射层之间区域发生多次反射，最后从隐身斗篷另一侧汇集出射；以隐身斗篷中两对向的内顶角2α的连线为对称轴将隐身斗篷分为入射侧和出射侧，平面波从入射侧入射隐身斗篷后，存在两种波路，包括：
6、路径r1为入射波穿过入射侧透射层进入隐身斗篷内部后，不接触反射层，直接穿过出射侧透射层出射；
7、路径r2为入射波穿过入射侧透射层进入隐身斗篷内部后，依次被入射侧反射层、入射侧透射层内壁、出射侧透射层内壁、出射侧反射层完全反射，最后穿过出射侧透射层出射；平面波每次经过反射层，均发生一次正交极化转换，以使平面波能被透射层内壁完全反射，并最终穿过透射层；两条路径计算得到的透射相位、反射相位与路径的补偿关系为：
8、 (1)
9、 (2)
10、其中，和分别为入射侧透射层和出射侧透射层的透射相位，和分别为入射侧反射层和出射侧反射层的反射相位，为波数，为自由空间波长。
11、进一步地，所述平面透射超表面由m×n个透射单元等间距周期排列构成；所述透射单元由压合的两层柔性介质板和印制其中的金属层组成，上层柔性介质板上侧面和下层柔性介质板下侧面印制有相互正交的金属极化栅，上、下层柔性介质板中间印制有旋转45°的金属十字交叉振子；所述透射单元能高效率地将线极化入射波转换为其正交极化透射；调节金属十字交叉振子的结构参数，能覆盖360°范围内的透射相位调制需求。
12、进一步地，所述平面反射超表面由l×n个反射单元等间距周期排列构成；所述反射单元包括一个柔性介质板，所述柔性介质板上侧面印制有旋转45°的双缺口金属椭圆环，下侧面为全金属；所述反射单元能高效率地将线极化入射波转换为其正交极化反射；调节双缺口金属椭圆环的结构参数，能覆盖360°范围内的反射相位调制需求。
13、进一步地，所述隐身斗篷为平面对称结构，其被一垂直于电磁波入射方向的对称平面分为相互对称的入射侧和出射侧，所述透射层为多边形结构，且具有至少两块与入射波成一定夹角的平面透射超表面，所述反射层为多边形结构且具有至少两块平面反射超表面。
14、进一步地，所述透射层中，对于不参与透射或反射电磁波的面，不设置平面透射超表面；所述反射层中，对于不参与反射电磁波的面，不设置平面反射超表面。
15、进一步地，对于所有构型的透射型隐身斗篷，通过一垂直于电磁波入射方向的对称平面将其分为相互对称的入射侧和出射侧，仅保留入射侧的透射层和反射层，并在对称平面所在位置设置一平面金属地板，则入射侧的透射层和反射层与平面金属地板组成与相应构型的透射型隐身斗篷相对应的地毯式隐身斗篷；入射波从透射层外侧透射进入后，在透射层、反射层及平面金属地板之间区域多次反射而不进入隐身区域，最后沿原传播路径的反向出射。
16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，该隐身斗篷利用超表面的极化调控和相位调制，通过极化转换和极化栅的极化筛选特性，使电磁波在隐身装置内多次反射，从而绕过隐身区域，在透射方向上实现平面波的波前恢复，且几乎没有反射，实现隐身，从而可以有效地隐藏隐身区域内的物体，且同时适用于反射几何和透射几何下工作，因此，隐身效果好，应用限制少。本发明结构简单，易于设计、制造，适用于所有电磁波频段，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
1.一种基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，包括外部的透射层和内部的反射层，所述反射层围挡的空间为隐身区域；所述透射层由若干块平面透射超表面拼接而成，所述反射层由若干块平面反射超表面拼接而成；所述平面透射超表面和平面反射超表面均具有极化转换和相位调制功能，以使入射波在透射层和反射层之间区域多次反射而不进入隐身区域，最后回到原传播路径出射，从而形成透射型隐身斗篷使隐身区域内物体隐身；所述平面透射超表面和平面反射超表面通过相位调制来补偿多次反射造成的波程差。
2.根据权利要求1所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，所述透射层的内壁和外壁均覆盖有金属极化栅，所述金属极化栅是由多个金属直条平行排列构成的金属结构，具有极化筛选功能，对极化方向垂直于金属极化栅的电磁波完全透射，对极化方向平行于金属极化栅的电磁波完全反射；所述透射层外壁的金属极化栅垂直于入射电磁波的极化方向，所述透射层内壁的金属极化栅平行于入射电磁波的极化方向。
3.根据权利要求1所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，从隐身斗篷的二维平面结构看，所述透射层和反射层均为内顶角为2α的菱形结构；所述透射层的边长为lt，所述反射层的边长为lr；所述透射层和反射层的边长满足条件：。
4.根据权利要求3所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，平面波从隐身斗篷一侧入射后，在透射层和反射层之间区域发生多次反射，最后从隐身斗篷另一侧汇集出射；以隐身斗篷中两对向的内顶角2α的连线为对称轴将隐身斗篷分为入射侧和出射侧，平面波从入射侧入射隐身斗篷后，存在两种波路，包括：
5.根据权利要求1所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，所述平面透射超表面由m×n个透射单元等间距周期排列构成；所述透射单元由压合的两层柔性介质板和印制其中的金属层组成，上层柔性介质板上侧面和下层柔性介质板下侧面印制有相互正交的金属极化栅，上、下层柔性介质板中间印制有旋转45°的金属十字交叉振子；所述透射单元能高效率地将线极化入射波转换为其正交极化透射；调节金属十字交叉振子的结构参数，能覆盖360°范围内的透射相位调制需求。
6.根据权利要求1所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，所述平面反射超表面由l×n个反射单元等间距周期排列构成；所述反射单元包括一个柔性介质板，所述柔性介质板上侧面印制有旋转45°的双缺口金属椭圆环，下侧面为全金属；所述反射单元能高效率地将线极化入射波转换为其正交极化反射；调节双缺口金属椭圆环的结构参数，能覆盖360°范围内的反射相位调制需求。
7.根据权利要求1所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，所述隐身斗篷为平面对称结构，其被一垂直于电磁波入射方向的对称平面分为相互对称的入射侧和出射侧，所述透射层为多边形结构，且具有至少两块与入射波成一定夹角的平面透射超表面，所述反射层为多边形结构且具有至少两块平面反射超表面。
8.根据权利要求1所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，所述透射层中，对于不参与透射或反射电磁波的面，不设置平面透射超表面；所述反射层中，对于不参与反射电磁波的面，不设置平面反射超表面。
9.根据权利要求1所述的基于极化转换和相位调制超表面的双层结构隐身斗篷，其特征在于，对于所有构型的透射型隐身斗篷，通过一垂直于电磁波入射方向的对称平面将其分为相互对称的入射侧和出射侧，仅保留入射侧的透射层和反射层，并在对称平面所在位置设置一平面金属地板，则入射侧的透射层和反射层与平面金属地板组成与相应构型的透射型隐身斗篷相对应的地毯式隐身斗篷；入射波从透射层外侧透射进入后，在透射层、反射层及平面金属地板之间区域多次反射而不进入隐身区域，最后沿原传播路径的反向出射。
