异向介质电磁波隐身器件的实验研究

发布时间：2017-04-06 09:10

  本文关键词：异向介质电磁波隐身器件的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电磁波隐身技术,作为一种使物体无法被人眼或者探测器识别的能力,一直以来被人们所求索。过去十年中,随着以变换光学法、保角映射法和散射相消法为代表的异向介质(Metamaterial)电磁波隐身器件设计理论的提出和异向介质的迅猛发展,异向介质电磁波隐身器件的研究得到了迅猛的发展。然而,单一的异向介质电磁波隐身器件设计方法的进一步研究与实现却遇到了材料色散、损耗、相位超光速传播等因素的制约。本文在异向介质电磁波隐身器件设计理论的基础上,提出了一种的电磁波隐身器件逆向设计方法的概念,并对其进行了理论分析和实验验证；本文还将变换光学方法拓展到表面波领域,实验实现了表面波的宽带完美转弯和隐身。在其他章节中,本文探索和讨论了基于新型人工电磁材料的各类的电磁波隐身器件的潜在应用与相关研究。本文具体的工作内容归纳如下：1.将隐身器件的变换光学设计方法、保角映射设计方法和散射相消设计方法的优点融合在一起,提出了电磁波隐身器件逆向设计方法的概念。该隐身器件设计方法是一种目标指向型的设计方法,以Mie散射模型为理论基础,利用遗传算法来获得相关电磁参数,使用宽频带异向介质来构造电磁波隐身器件。通过亚波长微波段圆柱隐身器件和大尺寸微波段圆柱隐身器件的实验验证,该设计方法的有效性得到了证实。我们还讨论了将逆向设计方法拓展到三维球体隐身器件的可能性。2.将电磁波隐身器件和微波天线相结合,利用电磁波隐身器件逆向设计方法,通过实验验证了二维圆柱微波段隐形天线。该隐形天线针对横向电场(Transverse Electric, TE)极化波进行设计,减少了天线的散射横截面积,从而增大了探测器发现天线的难度。3.设计了基于变换光学方法的电磁波地毯式隐身器件。由于构成该隐身器件的异向介质在宽带内具有稳定的磁各向异性,所以可以对TE极化波实现超宽带的电磁波隐身。4.将电磁波隐身器件的变换光学设计方法利用于表面波隐身,提出了表面波遇到障碍物时无损传播的宽带解决方案,在微波段利用人工表面等离极化激元结构和异向介质分别实验验证了表面波弯角隐身器件和表面波地毯隐身器件。此方法可有效提高光电路和表面波器件的工作效率,具有很大的潜在应用价值。5.提出了一种基于极值异向介质的深亚波长成像设计思路。我们对异向介质隐身器件的设计原理进行逆向思考,利用变换光学方法,将整个自由空间压缩至狭窄的通道,从而获得突破衍射极限的能力；我们对该设计思路进行了实验原理验证。6.提出并介绍了多种用于太赫兹波段的异向介质,为太赫兹隐身器件的研究做了铺垫。
【关键词】：异向介质 隐身器件 变换光学 表面波 亚波长成像
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O441.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 本文的研究背景11-17
• 1.1.1 异向介质的发展历史12-14
• 1.1.2 人类的梦想——隐身衣14-17
• 1.2 本文的研究目的,意义,及主要内容17-20
• 第2章 异向介质隐身技术理论概况及实验现状20-33
• 2.1变换光学方法21-27
• 2.1.1 变换光学方法的理论模型21-22
• 2.1.2 变换光学隐身器件的实验发展22-27
• 2.2 保角映射方法27-29
• 2.3 散射相消方法29-31
• 2.3.1 散射相消方法的理论模型29-30
• 2.3.2 散射相消方法的实验验证30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 电磁波隐身器件的逆向设计方法33-50
• 3.1 基于Mie散射模型的电磁波隐身器件逆向设计方法34-48
• 3.1.1 Mie散射理论模型35-37
• 3.1.2 逆向设计优化算法37-38
• 3.1.3 数值模拟及材料设计38-39
• 3.1.4 基于逆向设计方法的圆柱隐身器件实验验证39-46
• 3.1.5 逆向设计方法的拓展——三维球体隐身器件46-48
• 3.2 本章小结48-50
• 第4章 隐形天线50-60
• 4.1 微波段隐形天线器件50-59
• 4.1.1 微波段隐形天线的实现过程51-53
• 4.1.2 微波段隐形天线的实验验证53-59
• 4.2 本章小结59-60
• 第5章 宽带TE极化地毯式隐身器件60-69
• 5.1 宽带TE极化地毯式隐身器件的研究背景60-61
• 5.2 地毯式隐身衣的参数计算及结构设计61-65
• 5.3 地毯式隐身衣的数值仿真及应用讨论65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 宽带表面波隐身器件69-82
• 6.1 表面波转弯——背景介绍及技术难点69-70
• 6.2 人工表面等离极化激元结构设计70-71
• 6.3 表面波直角转弯隐身器件71-76
• 6.3.1 表面波直角转弯隐身器件的参数设计72-73
• 6.3.2 表面波直角转弯隐身器件的仿真及实验验证73-76
• 6.4 表面波地毯式隐身器件76-79
• 6.4.1 表面波地毯式隐身器件的参数设计76-77
• 6.4.2 表面波地毯式隐身器件的仿真及实验验证77-79
• 6.5 全参数表面波隐身器件的相位保持特性79-81
• 6.6 本章小结81-82
• 第7章 基于极值异向介质的深亚波长成像器件82-92
• 7.1 亚波长成像技术简介82-84
• 7.2 基于极值异向介质的深亚波长透镜理论模型84-88
• 7.3 基于极值异向介质的深亚波长透镜的实验原理验证88-90
• 7.4 基于极值异向介质的深亚波长透镜的性能讨论90-91
• 7.5 本章小结91-92
• 第8章 太赫兹异向介质薄膜92-100
• 8.1 太赫兹异向介质薄膜的设计及实验验证92-98
• 8.2 太赫兹异向介质的发展挑战98-99
• 8.3 本章小结99-100
• 结束语100-103
• 参考文献103-125
• 致谢125-126
• 攻读博士学位期间的研究成果126-127

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