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电磁材料在隐身技术中的应用

来源:用户分享 时间:2025/5/29 0:51:13 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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从上图中可以看出,平面波入射PEC材料时,后向散射变大,前向散射变小,平面波发生了严重的变形。从图4 4(c)可知入射平面波经过圆柱状的隐形斗篷时,波的相位与行进方向和入射前有所不同.波会经斗篷绕过中心目标部分.但是经过隐形斗篷之后,波的相位与行进方向又回到与入射之前相同状态。理想的完美隐形斗篷,是要让入射波完全通过隐形斗篷而没有反射波或散射波,并且隐形斗篷中心目标部分没有透射波进入,才能让里面目标达到理想的隐形。本文中的计算方法基于有限元方法,我们发现斗篷还是存在一定的散射场,事实上,只要网格剖分的细致,散射场就会不断减小。由于计算机内存的限制,网格不可能剖分的无限密,因此达不到完美效果。本文的方法只能算是接近理想状态情形,从图4 4d)绝对场值图可以看出。下面在接近理想状态的情形下,我们来分析斗篷的厚度.斗篷内的目标对散射场影响。首先在图44(c)其他条件不变的情况下,将斗篷的外径减小到b=l 3,计算结果如图4 5(a)所示。然后将斗篷内的PEC材料变为空气,计算结果如下图

对比上两组图可以看出,斗篷的隐形效果都明显减弱。因此我们可以

得出:斗篷厚度和斗篷内目标对散射场都有一定的影响,当固定内径不变,改变外径大小,随着外径变小,散射截面会变大,斗篷雅形效果减弱;当目标的由PEC材料变为空气时,散射截面也会变大,斗篷隐形效果仍会减弱。

(三)相位补偿隐形斗篷

我们将相位补偿理论和坐标变换理论紧密结合,设计出一种新的斗篷,并且区别与上述的电磁斗篷,它能够使目标在斗篷外实现隐形,但这种斗篷依赖隐藏目标材料和形状。斗篷和目标形成一体,如果目标改了,斗篷也得做相应的改变。我们知道,普通电磁斗篷存在着腔体的物体与外界隔绝,而相位补偿斗篷因为物体在斗篷外,所以物体能够观测到外界,但不为外界所发现,这开辟了隐形技术的新时代。

相位补偿斗篷理论分析 所谓相位补偿,就是利用双正介质的前向波效应和异向介质的后向波效应实现波在一个周期内的相位变化为零。坐标变换就是利用Maxwell方程在不同空间中的形式不变性,通过改变介质的介电常数和磁导率来获取具有特殊性质的新的介质。

根据Pendry理论,我们知道当一个异向介质板的介电常数和磁导率都为-1时,将构成一个完美透镜板。通过函数Y’=—Y,可以将空气层中0

现在假如将一个介电常数为?o和磁导率为u?以的目标放在空气层中。如果

要实现目标光学相消,就要在补偿层放置与其同样大小的镜像,但是目标镜像的介电常数和磁导率分别为—?o。,一u?。最后与图5.1(a)所示结果类似,仍然通过函数Y’=—J,实现坐标变换,空气层和目标分别对应着补偿层和目标镜像各自相消,因此整个系统在±d处光学相位相同.

举个简单的例子,当一个物体置于一个普通的镜子前,.当人们观察时,会看见两个物体,一个是真实的物体(实像),一个事镜子反射出来的物体(虚像)。如果这块镜子具有把反射出来的虚像将真实的实像抵消的特殊能力,那么在观察者的眼中,将什么也看不见,而物体处于镜子以外,可以接受外界光线,尽管对外界不可见,但仍然可以观察周边的环境。相位补偿斗篷就是基于此实现的。

(3)国内外研究现状

美国杜克大学和中国东南大学合作,成功研制出微波段新型“隐形衣”,这一研究成果发表在年初出版的《科学》杂志上。 作为东南大学毫米波国家重点实验室副主任,崔铁军教授在计算电磁学和新型人工电磁材料等领域做出了很多原创性的研究成果。崔铁军教授课题组和杜克大学史密斯教授课题组于2006年开始合作,在新型人工电磁材料的理论分析、设计、实验和应用上取得了一系列成果,为新型“隐形衣”的研制打下了坚实基础。

2009年11月,东南大学毫米波国家重点实验室以崔铁军和程强为首的研究团队成功地制作出人造电磁学收集器,在微波环境中,它能够像宇宙中的“黑洞”一样去吸收环境中的微波。该成果引起了世界科技界的高度关注,10月15日,《自然》网站也以“科学家研制出可携带黑洞”为题介绍了这项研究成果。 左手材料在本世纪初已迅速成为科学界的研究热点。据不完全统计,在国际主要学术刊物上,2000年与2001年所发表的关于左手征材料的研究论文数量分别是13篇与17篇,2002年上升至60篇,2003年上升到100篇以上。

目前,德国科学家最新研制出一种隐形材料,首次可以将三维物体“销声匿迹”,但该材料当前仅能在红外线观测范围下隐形,尚未达到人类肉眼直接观测隐形效果。

隐身斗篷

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