【摘要】：控制電磁場(chǎng)理論一向是人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。這種理論的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)。而這種理論最為廣泛的應(yīng)用之一就是隱身斗篷,這種電磁器件能夠引導(dǎo)電磁波平滑地穿過(guò)隱身斗篷,然后又恢復(fù)原來(lái)的軌跡,使得物體看起來(lái)就像是“不存在的”。但是對(duì)于設(shè)計(jì)之初的隱身斗篷,僅僅只能實(shí)現(xiàn)“隱身”,斗篷內(nèi)部是封閉的空間,即電磁波是不能穿過(guò)斗篷進(jìn)入內(nèi)部的,斗篷內(nèi)部也不能與斗篷外部實(shí)現(xiàn)信息交流。隨著產(chǎn)生了各種類型的開(kāi)放式斗篷,其中比較有影響力的就是利用互補(bǔ)媒介理論的外隱身斗篷。這種斗篷能夠使得斗篷內(nèi)部的物體與外界實(shí)現(xiàn)信息交流,但是必須在互補(bǔ)層中嵌入某種特定的“反物體”。并且考慮到實(shí)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(bǔ)隱身斗篷,同時(shí)也針對(duì)不同形狀物體,設(shè)計(jì)出能調(diào)節(jié)軸比的適用大部分形狀物體的非共形互補(bǔ)斗篷。本文結(jié)合坐標(biāo)變換理論和互補(bǔ)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(jiǎn)單介紹了控制電磁場(chǎng)理論和互補(bǔ)媒介理論,推導(dǎo)出材料的參數(shù)表達(dá)式,并且利用仿真軟件驗(yàn)證了這些表達(dá)式的正確性,這些理論知識(shí)為下面的多分層互補(bǔ)隱身斗篷和非共形互補(bǔ)隱身斗篷研究打下良好的基礎(chǔ)。2.其次基于離散化思想,考慮到實(shí)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(nèi)的材料參數(shù)是相同的。本文推導(dǎo)出不同區(qū)域的參數(shù)表達(dá)式,基于有限元分析的仿真軟件Comsol驗(yàn)證了上述公式的正確性。所設(shè)計(jì)斗篷的隱身特性可以從近場(chǎng)分布、遠(yuǎn)場(chǎng)RCS分布中得到說(shuō)明,同時(shí)通信性能也通過(guò)放置物體的電場(chǎng)分布得到驗(yàn)證。最后從二維擴(kuò)展到三維空間,給出了三維多分層互補(bǔ)斗篷的設(shè)計(jì)過(guò)程,并且與二維類似,仿真了不同分層斗篷的電場(chǎng)分布,驗(yàn)證了其通信效果,并且也給出了不同區(qū)域的本構(gòu)參數(shù)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(bǔ)斗篷的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)出能夠通過(guò)調(diào)整軸比來(lái)適應(yīng)不同形狀物體的非共形互補(bǔ)斗篷。根據(jù)橢圓的邊界方程,求出各個(gè)區(qū)域的參數(shù)表達(dá)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(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)分布,結(jié)合本構(gòu)參數(shù)分布,驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)這種隱身斗篷的可能性。同時(shí)在斗篷內(nèi)部放置不同形狀的物體來(lái)驗(yàn)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(shù)表達(dá)式,利用仿真驗(yàn)證隱身特性,進(jìn)一步說(shuō)明該設(shè)計(jì)在不同入射角度情況下,隱身性能并未受到很大影響。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(jīng)過(guò)混合熔化后冷凝制得到因?yàn)槠涓邚?qiáng)度、耐腐蝕性和熱電性，可以用來(lái)制造硬合金可以用來(lái)制造煉鋼的脫氧劑。以上的物質(zhì)不是純混合，其物理、化學(xué)性質(zhì)基本遵循自然界客觀的規(guī)律些特殊的性質(zhì)，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(shù)多超越常規(guī)物質(zhì)的特殊性質(zhì)：負(fù)折射率、逆 Doppler 效應(yīng)按照 、 （介電常數(shù)和磁導(dǎo)率）的參數(shù)取值可以分為 0)，也被稱為雙正材料；（Ⅱ）電負(fù)材料( 0, 0)； 0)，也被稱為雙負(fù)材料；（Ⅳ）磁負(fù)材料( 0, 0)；單負(fù)材料。超材料按照本構(gòu)參數(shù)( , )來(lái)分可以分類，電磁波只能在雙正材料區(qū)域和雙負(fù)材料區(qū)域傳播，為電磁波的快速衰減而不能傳播。

美國(guó)著名的期刊《Science》評(píng)為該年度最具突破的十大科技進(jìn)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(shù)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(chǎng)的方法的文章。該文章設(shè)想出利用某種特殊以使得電磁場(chǎng)傳播的方向可以按照人為設(shè)置的方向來(lái)進(jìn)行，即電時(shí)產(chǎn)生“彎曲”，平滑地繞過(guò)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(chǎng)”理論，其實(shí)驗(yàn)也ing”，后來(lái)延伸為“斗篷”之意。以上的理論在當(dāng)時(shí)一經(jīng)發(fā)表已發(fā)，Duke 大學(xué)的 D. R. Smith[14]等人借助超材料的特性，設(shè)計(jì)出一個(gè)斗篷來(lái)近似等效理想斗篷的 SRR（Split-ring resonator）結(jié)構(gòu)，并在微波頻段內(nèi)的散射特性，其實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖如圖 1-3 所示。

圖 1-3 驗(yàn)證隱身斗篷的實(shí)驗(yàn)裝置：（a）微波斗篷結(jié)構(gòu)；（b）平面波導(dǎo)裝置。雖然這種斗篷存在一定的散射，但是完美隱身斗篷驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的成功進(jìn)行使得隱身斗篷的研究進(jìn)入一個(gè)更深的層次。2009 年英國(guó)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(shí)國(guó)內(nèi)的崔鐵軍研組與美國(guó)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(biāo)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(jù)近似等效的方法，將形狀近似成多面體或者多邊形，通過(guò)對(duì)每個(gè)多邊形的進(jìn)行平面、直線的變換任意形狀隱身斗篷[29]。顧超等人根據(jù)坐標(biāo)變換設(shè)計(jì)出任意多面體隱身罩[30]；olet 等人利用邊界變換函數(shù)來(lái)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(nèi)部變換函數(shù)得到一種任意隱身斗篷[34]；Li 等人設(shè)計(jì)出一種內(nèi)外邊界不共形的隱身斗篷[35]。Erig 等人用

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