电磁材料在隐身技术中的应用

电磁材料在隐身技术中的应用

学院：电气工程学院 专业：通信工程 学号：20114400136 姓名：蒋顺

摘 要：本文的主要内容是围绕电磁材料的独特的电磁特性展开的. 电磁材料

是目前电磁学和材料学等领域研究的前沿，受到各国学者的广泛关注。

关键词：电磁材料；隐身技术；

正文：

（1）电磁材料的基本性质

1 左手特性

在异向介质与常规介质中的相速度方向是相反的。此外，在异向介质中由于波矢量与功率流方向相反，因此在异向介质中相速朝向源传输，这与同群速相关的能量的传播方向正好相反。 2 负折射率

当一束光线从一种带规媒质入射到另一种常规媒质时，光线会在界面处发生反射和折射，折射光线向界面的法线弯曲并与入射光线分居法线两侧。Veselago曾预测，如果另一种媒质是各向同性的异向介质，折射光线将和入射光线在法线的同侧。这种异常的折射现象是各向同性异向介质的重要特性，最近已被实验证实。

考虑平面波从自由空间入射到异向介质，如图下图所示。平面波在xoz平面内传播且为电场极化方向，多方向上的TE波，入射角为B，自由空间的介电常数和磁导率为?o和?0，异向介质的介电常数和磁导率为波和折射波电场分别有如下形式

?1和?1。假设入射波、反射

式中R为反射系数，T为透射系数。

将式上式子带入Maxwell方程，可得到入射波、反射波和折射波的磁场。

由折射波平行于交界面方向的波矢相等得

进而可计算出折射波的坡印廷矢量S

根据因果律，异向介质中的能量需从交界面传向无穷远，即S的Z方向上的分量必须为正。观察式上式子，由于?1<0，导致K<0，所以S的X方向分量显然为负。所以在交界面处入射波的能量折射为负折射。

（二） 各项异性介质隐形斗篷设计理论

1．1麦克斯韦方程组空间不变

笛卡尔坐标系下，Maxwell方程组的形式为

??E??uruo?H ?t??H??r?o?E ?t设原坐标(甜，y，w)变换到新坐标(z，Y，z)通过以下函数实现

x(u，V，W)，y(u，v，w)，z(u，v，W)如果原坐标系中某一点分别沿x，Y，z坐标轴等差递增，那么会导致原坐标系u，v，，W的网格发生变形，如图下图所示。不同的坐标变换对应着不同的网格变形，选择合适坐标变换能够构造出特定需求的网格。

在新坐标中系，Maxwell方程组的形式将变为

??E??uruo??H??r?o?????H ?t?E ?t??????式中ur，和?r，为张量，E和H分别为重新归一化的电场、磁场。

比较上两组式子，可以发现4个物理量电场、磁场、介电常数和磁导率均与原坐标系中对应的物理量存在着简单的比例关系。因此，在坐标系(x，Y，z)中，Maxwell方程组的形式并没有改变，改变的仅仅是Ⅳ和s的定义。这被称为Maxwell方程组在不同空间中的形式不变性，是隐形斗篷设计的理论基础。

圆形截面

斗篷设计的基本思路是基于Maxwell方程组在不同空间下，形式的不变性，把虚拟空间(变换前的原空间)中的一个实心区域压缩变换到物理空间(变换后的现实空间)中的一个柱状区域，该柱状区域具有特定的各向异性非均匀介电常数和磁导率，则在物理空间中电磁波无法进入这个柱状区域内部，这就是要设计的隐身斗篷，如下图所示。

根据坐标变换理论，要求将柱状区域0

当r>b，坐标为等价变换，形式不变。

为了计算斗篷中的变换矩阵r，我们首先将直角坐标系(x，y，z)转换为柱坐标 系(r，θ,z)

最后再将柱坐标系变换为直角坐标系(x’，Y’，z’)

这样隐形斗篷的材料性质取决于转移矩阵

式中

最后得

圆形截面的斗篷的特点

(1)电磁波一旦进斗篷中，就会围绕着斗篷内的目标区域前进，而不会进入该。 区域。因此电磁波不会与隐藏在斗篷内的物体发生任何作用。 (2)当电磁波穿出斗篷时，总是回到它原来的路径并沿着该路径继续前进。因此，斗篷对其外的电磁波不会产生任何扰动，既不反射、散射电磁波，也不吸收电磁波，也不会产生阴影效应。 由以上两个特点可以得出，无论斗篷里面隐藏着什么目标，理论上斗篷对外部入射的电磁波的散射截面在各方向上都应该为零，从而实现真正意义上的完美隐形。