【摘要】：控制電磁場理論一向是人們研究的熱點問題之一。這種理論的基礎是麥克斯韋方程組的形式不變性,即處于不同空間的麥克斯韋方程組具有相似的結構。而這種理論最為廣泛的應用之一就是隱身斗篷,這種電磁器件能夠引導電磁波平滑地穿過隱身斗篷,然后又恢復原來的軌跡,使得物體看起來就像是“不存在的”。但是對于設計之初的隱身斗篷,僅僅只能實現“隱身”,斗篷內部是封閉的空間,即電磁波是不能穿過斗篷進入內部的,斗篷內部也不能與斗篷外部實現信息交流。隨著產生了各種類型的開放式斗篷,其中比較有影響力的就是利用互補媒介理論的外隱身斗篷。這種斗篷能夠使得斗篷內部的物體與外界實現信息交流,但是必須在互補層中嵌入某種特定的“反物體”。并且考慮到實際制造的難易程度,本文章利用離散化的思想研究了多分層互補隱身斗篷,同時也針對不同形狀物體,設計出能調節(jié)軸比的適用大部分形狀物體的非共形互補斗篷。本文結合坐標變換理論和互補媒介概念提出兩種不同隱身斗篷,其主要研究工作包括:1.本文首先簡單介紹了控制電磁場理論和互補媒介理論,推導出材料的參數表達式,并且利用仿真軟件驗證了這些表達式的正確性,這些理論知識為下面的多分層互補隱身斗篷和非共形互補隱身斗篷研究打下良好的基礎。2.其次基于離散化思想,考慮到實際制造的困難,本文把一片連續(xù)完整的空間劃分成若干塊小區(qū)域,保證在同一塊小區(qū)域內的材料參數是相同的。本文推導出不同區(qū)域的參數表達式,基于有限元分析的仿真軟件Comsol驗證了上述公式的正確性。所設計斗篷的隱身特性可以從近場分布、遠場RCS分布中得到說明,同時通信性能也通過放置物體的電場分布得到驗證。最后從二維擴展到三維空間,給出了三維多分層互補斗篷的設計過程,并且與二維類似,仿真了不同分層斗篷的電場分布,驗證了其通信效果,并且也給出了不同區(qū)域的本構參數分布,借助它可以有效分析制造這種斗篷的可能性。3.最后在多分層互補斗篷的基礎上,本文設計出能夠通過調整軸比來適應不同形狀物體的非共形互補斗篷。根據橢圓的邊界方程,求出各個區(qū)域的參數表達式的通用公式,并且基于仿真軟件給出任意幾何尺寸的近場、遠場分布,結合本構參數分布,驗證實現這種隱身斗篷的可能性。同時在斗篷內部放置不同形狀的物體來驗證斗篷的隱身和與通信性能。最后也是將二維延伸到三維層面,給出材料參數表達式,利用仿真驗證隱身特性,進一步說明該設計在不同入射角度情況下,隱身性能并未受到很大影響。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O441
【圖文】：

門窗，裝飾吊頂燈中；利用鐵的置換化等。還有就是將幾種金屬經過混合熔化后冷凝制得到因為其高強度、耐腐蝕性和熱電性，可以用來制造硬合金可以用來制造煉鋼的脫氧劑。以上的物質不是純混合，其物理、化學性質基本遵循自然界客觀的規(guī)律些特殊的性質，為此一種新型的人工材料-超材料[1][2]一種自然界不存在且可以按照人為意愿改變材料參數多超越常規(guī)物質的特殊性質：負折射率、逆 Doppler 效應按照 、 （介電常數和磁導率）的參數取值可以分為 0)，也被稱為雙正材料；（Ⅱ）電負材料( 0, 0)； 0)，也被稱為雙負材料；（Ⅳ）磁負材料( 0, 0)；單負材料。超材料按照本構參數( , )來分可以分類，電磁波只能在雙正材料區(qū)域和雙負材料區(qū)域傳播，為電磁波的快速衰減而不能傳播。

美國著名的期刊《Science》評為該年度最具突破的十大科技進步身斗篷的研究背景和發(fā)展人工超材料的誕生，使只存在于古代神話故事中的隱身技術成為，J. B. Pendry 以及 D. R. Smith[13]等人在《Science》上發(fā)表了一篇利法得到的控制電磁場的方法的文章。該文章設想出利用某種特殊以使得電磁場傳播的方向可以按照人為設置的方向來進行，即電時產生“彎曲”，平滑地繞過物體繼續(xù)沿著原路徑傳播，這種變換為圖 1-2 所示。這一思想被稱為“控制電磁場”理論，其實驗也ing”，后來延伸為“斗篷”之意。以上的理論在當時一經發(fā)表已發(fā)，Duke 大學的 D. R. Smith[14]等人借助超材料的特性，設計出一個斗篷來近似等效理想斗篷的 SRR（Split-ring resonator）結構，并在微波頻段內的散射特性，其實驗結構圖如圖 1-3 所示。

圖 1-3 驗證隱身斗篷的實驗裝置：（a）微波斗篷結構；（b）平面波導裝置。雖然這種斗篷存在一定的散射，但是完美隱身斗篷驗證實驗的成功進行使得隱身斗篷的研究進入一個更深的層次。2009 年英國的 Leonhardt 等人利用非幾何的變換方法研究出了一種寬頻帶隱身斗篷[15]。與此同時國內的崔鐵軍研組與美國的 D. R. Smith 等人合作，研究出一種兼具寬頻帶和低損耗的round-plane cloak”[16]。之后各種不同形狀的隱身斗篷也是層出不窮[17]-[26]。Ma利用一種橢圓坐標系得到了橢圓棱柱形隱身斗篷[27]；而 Wu 等利用三角近似法獲得一種任意正 N 邊形棱柱隱身斗篷[28]。Ma 等根據近似等效的方法，將形狀近似成多面體或者多邊形，通過對每個多邊形的進行平面、直線的變換任意形狀隱身斗篷[29]。顧超等人根據坐標變換設計出任意多面體隱身罩[30]；olet 等人利用邊界變換函數來研究不規(guī)則邊界的隱身斗篷[31]；Zharova 等人研理想和非理想隱身斗篷[32]；Zhang 等研究了從三維斗篷中得到一種具有非奇的二維斗篷[33]；Hu 等人基于 Laplace 方程的斗篷內部變換函數得到一種任意隱身斗篷[34]；Li 等人設計出一種內外邊界不共形的隱身斗篷[35]。Erig 等人用

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本文編號：2784835