本文選題：光學變換 + 坐標變換��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2016年博士論文

【摘要】：基于麥克斯韋方程組在坐標變換下的形式不變性,光學變換理論將空間變換等效成電磁本構(gòu)參數(shù)變換來實現(xiàn)對電磁波的人為調(diào)控。光學變換理論提出后立即引起了光學、電磁學以及相關(guān)領(lǐng)域廣大科研工作者的關(guān)注,它為設(shè)計出具有特殊電磁功能的超材料波束調(diào)控器件提供了有效途徑。依據(jù)光學變換理論,研究人員提出了一些波束調(diào)控超材料器件,這些新型器件在電磁工程以及軍事偽裝等領(lǐng)域有著非常廣闊的應用前景。然而,上述新型器件的電磁本構(gòu)參數(shù)往往非常復雜,需要做近似或簡化處理才有可能實現(xiàn)。因此,光學變換理論研究的重點為新型波束調(diào)控器件的設(shè)計和電磁本構(gòu)參數(shù)的簡化。本文從波束控制的角度出發(fā)提出了幾種不同電磁特性的超材料器件,并開展了波束調(diào)控機理分析及驗證。本文的主要研究內(nèi)容概括如下:1.電磁隱身器件本構(gòu)參數(shù)簡化及隱身特性研究。首先,采用不同方法對圓柱形補償媒質(zhì)隱身罩的電磁本構(gòu)參數(shù)進行簡化,并分析簡化參數(shù)隱身罩的隱身效果。其次,詳細討論了均勻媒質(zhì)多邊形曲面隱身毯的設(shè)計以及非磁性隱身毯本構(gòu)參數(shù)的簡化,分析了理想和簡化參數(shù)隱身毯的隱身效果,并對由常規(guī)電介質(zhì)FR4和F4B構(gòu)成的隱身毯進行初步實驗驗證。2.光學變換中具有多種功能的超材料電磁罩研究。首先,提出了圓柱形和多邊形兩種不同結(jié)構(gòu)的多功能罩,該多功能罩可用作隱身罩、透明罩和變形罩。同時,依據(jù)等效媒質(zhì)理論,進一步探討了由各向同性媒質(zhì)構(gòu)成的多邊形多功能罩的實現(xiàn)方法。最后,采用仿真軟件對多功能罩的電磁隱身、透明及變形功能進行仿真驗證,并分析損耗等因素對三種功能的影響。3.基于光學變換理論,提出了可使物體的散射場發(fā)生旋轉(zhuǎn)和變形的移位變形罩。首先,設(shè)計了補償媒質(zhì)和正媒質(zhì)兩種不同結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)放大罩,這兩種旋轉(zhuǎn)放大罩可調(diào)控內(nèi)部物體的散射場,使其等效成放大物體的散射場并旋轉(zhuǎn)一定的角度。其次,提出了通過控制物體散射場使物體發(fā)生等效旋轉(zhuǎn)和變小的旋轉(zhuǎn)縮小罩。最后,對電磁罩的旋轉(zhuǎn)變形特性進行驗證。4.基于復合光學變換原理,提出了散射等效移位與變形特性的電磁罩。重點研究了使內(nèi)部物體的形狀等效成尺寸不變、線性放大、線性縮小以及不同形狀等四種不同功能的電磁罩,同時,該罩還能使內(nèi)部物體在二維方向上等效移位。最后,對正媒質(zhì)移位罩的電磁本構(gòu)參數(shù)進行簡化,所得結(jié)果為移位罩的實際實現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。5.基于有限嵌入式光學變換原理,提出了能夠控制波束彎折的補償媒質(zhì)波束彎折器、分束器和波導彎折連接器,并針對波導彎折連接器存在彎折角度越小體積越大的問題,采用二次光學變換實現(xiàn)了體積的壓縮。最后,對上述導波器件的波束彎折控制特性進行驗證。本文的研究成果擴展了光學變換理論在電磁波人工調(diào)控領(lǐng)域的應用,豐富了對電磁波人工調(diào)控機制的進一步理解,并為波束調(diào)控器件向?qū)嶋H應用的轉(zhuǎn)化提供了理論指導。
[Abstract]:Based on the invariance of the form of the Maxwell equation in the form of coordinate transformation, the theory of optical transformation is equivalent to the transformation of the space transformation into the electromagnetic constitutive parameter transformation to realize the artificial control of electromagnetic waves. The optical transformation theory is put forward immediately after the attention of many researchers in the field of optics, electromagnetism and related fields. According to the theory of optical transformation, the researchers have put forward some beamforming supermaterial devices. These new devices have very broad applications in the fields of electromagnetic engineering and military camouflage. However, the electromagnetic constitutive parameters of these new devices are often very important. It is complex that it is possible to make approximate or simplified treatment. Therefore, the focus of the research on the theory of optical transformation is the design of new beam control devices and the simplification of the electromagnetic constitutive parameters. In this paper, several kinds of supermaterial devices with different electromagnetic characteristics are proposed from the angle of beam control, and the mechanism analysis and verification of beam control are carried out. The main contents of this paper are summarized as follows: 1. the simplification of constitutive parameters and the study of the stealth characteristics of the electromagnetic stealth devices. Firstly, the electromagnetic constitutive parameters of the cylindrical compensation medium stealth cover are simplified by different methods, and the stealth effects of the simplified parameter stealth cover are analyzed. Secondly, the uniform medium polygon surface stealth blankets are discussed in detail. The design and the simplification of the constitutive parameters of the non magnetic stealth blanket are simplified. The stealth effect of the ideal and simplified parameter stealth blankets is analyzed. The preliminary experiments on the stealth blankets composed of conventional dielectric FR4 and F4B verify the study of the supermaterial electromagnetic cover with various functions in the.2. optical transformation. First, two different junctions of the cylindrical and the polygons are put forward. The multi-functional hood, which can be used as a stealth cover, a transparent cover and a deformable cover, is used to further discuss the realization of a polygon multi-function mask made up of isotropic medium based on the theory of the equivalent medium. Finally, the simulation software is used to simulate the electromagnetic hidden body, transparency and deformation function of the multi-functional cover. The influence of loss and other factors on the three functions.3. based on the theory of optical transformation, a shift and deformable mask which can make the scattering field of the object be rotated and deformed. First, a rotating magnifying cover is designed to compensate the medium and two different structures of the medium. The two kinds of rotating magnifying cover can be adjusted and controlled the scattering field of the internal object, so that it is equivalent to a magnifying body. The scattering field of the body is rotated and a certain angle is rotated. Secondly, a rotating shrink hood is proposed by controlling the scattering field of the object to make the object rotate and smaller. Finally, the rotational deformation characteristics of the electromagnetic cover are verified by.4. based on the principle of composite optical transformation, and the electromagnetic cover of the scattering equivalent displacement and deformation characteristics is proposed. The shape of the internal object is equivalent to four different functions such as size invariance, linear enlargement, linear reduction and different shapes. At the same time, the hood can also make the internal object shift equivalent in the two-dimensional direction. Finally, the electromagnetic constitutive parameters of the positive medium shift cover are simplified, and the results provide the theory of the actual implementation of the shift cover. Based on the principle of finite embedded optical transformation, the basic.5. has proposed a compensating medium beam bending device, a beam splitter and a waveguide flexural connector that can control the bending of the beam. The larger the bending angle of the waveguide flexural connector is, the volume compression is realized by two optical transformations. Finally, the above guide wave guide is made. The research results of this paper extend the application of optical transformation theory in the field of electromagnetic wave manual control, which enriches the further understanding of the artificial control mechanism of electromagnetic wave, and provides a theoretical guidance for the transformation of beam control devices to practical applications.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O43;O441

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本文編號：2025806