本文關鍵詞：異向介質(zhì)電磁波隱身器件的實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電磁波隱身技術,作為一種使物體無法被人眼或者探測器識別的能力,一直以來被人們所求索。過去十年中,隨著以變換光學法、保角映射法和散射相消法為代表的異向介質(zhì)(Metamaterial)電磁波隱身器件設計理論的提出和異向介質(zhì)的迅猛發(fā)展,異向介質(zhì)電磁波隱身器件的研究得到了迅猛的發(fā)展。然而,單一的異向介質(zhì)電磁波隱身器件設計方法的進一步研究與實現(xiàn)卻遇到了材料色散、損耗、相位超光速傳播等因素的制約。本文在異向介質(zhì)電磁波隱身器件設計理論的基礎上,提出了一種的電磁波隱身器件逆向設計方法的概念,并對其進行了理論分析和實驗驗證；本文還將變換光學方法拓展到表面波領域,實驗實現(xiàn)了表面波的寬帶完美轉(zhuǎn)彎和隱身。在其他章節(jié)中,本文探索和討論了基于新型人工電磁材料的各類的電磁波隱身器件的潛在應用與相關研究。本文具體的工作內(nèi)容歸納如下：1.將隱身器件的變換光學設計方法、保角映射設計方法和散射相消設計方法的優(yōu)點融合在一起,提出了電磁波隱身器件逆向設計方法的概念。該隱身器件設計方法是一種目標指向型的設計方法,以Mie散射模型為理論基礎,利用遺傳算法來獲得相關電磁參數(shù),使用寬頻帶異向介質(zhì)來構(gòu)造電磁波隱身器件。通過亞波長微波段圓柱隱身器件和大尺寸微波段圓柱隱身器件的實驗驗證,該設計方法的有效性得到了證實。我們還討論了將逆向設計方法拓展到三維球體隱身器件的可能性。2.將電磁波隱身器件和微波天線相結(jié)合,利用電磁波隱身器件逆向設計方法,通過實驗驗證了二維圓柱微波段隱形天線。該隱形天線針對橫向電場(Transverse Electric, TE)極化波進行設計,減少了天線的散射橫截面積,從而增大了探測器發(fā)現(xiàn)天線的難度。3.設計了基于變換光學方法的電磁波地毯式隱身器件。由于構(gòu)成該隱身器件的異向介質(zhì)在寬帶內(nèi)具有穩(wěn)定的磁各向異性,所以可以對TE極化波實現(xiàn)超寬帶的電磁波隱身。4.將電磁波隱身器件的變換光學設計方法利用于表面波隱身,提出了表面波遇到障礙物時無損傳播的寬帶解決方案,在微波段利用人工表面等離極化激元結(jié)構(gòu)和異向介質(zhì)分別實驗驗證了表面波彎角隱身器件和表面波地毯隱身器件。此方法可有效提高光電路和表面波器件的工作效率,具有很大的潛在應用價值。5.提出了一種基于極值異向介質(zhì)的深亞波長成像設計思路。我們對異向介質(zhì)隱身器件的設計原理進行逆向思考,利用變換光學方法,將整個自由空間壓縮至狹窄的通道,從而獲得突破衍射極限的能力；我們對該設計思路進行了實驗原理驗證。6.提出并介紹了多種用于太赫茲波段的異向介質(zhì),為太赫茲隱身器件的研究做了鋪墊。
【關鍵詞】：異向介質(zhì) 隱身器件 變換光學 表面波 亞波長成像
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O441.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 本文的研究背景11-17
• 1.1.1 異向介質(zhì)的發(fā)展歷史12-14
• 1.1.2 人類的夢想——隱身衣14-17
• 1.2 本文的研究目的,意義,及主要內(nèi)容17-20
• 第2章 異向介質(zhì)隱身技術理論概況及實驗現(xiàn)狀20-33
• 2.1變換光學方法21-27
• 2.1.1 變換光學方法的理論模型21-22
• 2.1.2 變換光學隱身器件的實驗發(fā)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 散射相消方法的理論模型29-30
• 2.3.2 散射相消方法的實驗驗證30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第3章 電磁波隱身器件的逆向設計方法33-50
• 3.1 基于Mie散射模型的電磁波隱身器件逆向設計方法34-48
• 3.1.1 Mie散射理論模型35-37
• 3.1.2 逆向設計優(yōu)化算法37-38
• 3.1.3 數(shù)值模擬及材料設計38-39
• 3.1.4 基于逆向設計方法的圓柱隱身器件實驗驗證39-46
• 3.1.5 逆向設計方法的拓展——三維球體隱身器件46-48
• 3.2 本章小結(jié)48-50
• 第4章 隱形天線50-60
• 4.1 微波段隱形天線器件50-59
• 4.1.1 微波段隱形天線的實現(xiàn)過程51-53
• 4.1.2 微波段隱形天線的實驗驗證53-59
• 4.2 本章小結(jié)59-60
• 第5章 寬帶TE極化地毯式隱身器件60-69
• 5.1 寬帶TE極化地毯式隱身器件的研究背景60-61
• 5.2 地毯式隱身衣的參數(shù)計算及結(jié)構(gòu)設計61-65
• 5.3 地毯式隱身衣的數(shù)值仿真及應用討論65-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第6章 寬帶表面波隱身器件69-82
• 6.1 表面波轉(zhuǎn)彎——背景介紹及技術難點69-70
• 6.2 人工表面等離極化激元結(jié)構(gòu)設計70-71
• 6.3 表面波直角轉(zhuǎn)彎隱身器件71-76
• 6.3.1 表面波直角轉(zhuǎn)彎隱身器件的參數(shù)設計72-73
• 6.3.2 表面波直角轉(zhuǎn)彎隱身器件的仿真及實驗驗證73-76
• 6.4 表面波地毯式隱身器件76-79
• 6.4.1 表面波地毯式隱身器件的參數(shù)設計76-77
• 6.4.2 表面波地毯式隱身器件的仿真及實驗驗證77-79
• 6.5 全參數(shù)表面波隱身器件的相位保持特性79-81
• 6.6 本章小結(jié)81-82
• 第7章 基于極值異向介質(zhì)的深亞波長成像器件82-92
• 7.1 亞波長成像技術簡介82-84
• 7.2 基于極值異向介質(zhì)的深亞波長透鏡理論模型84-88
• 7.3 基于極值異向介質(zhì)的深亞波長透鏡的實驗原理驗證88-90
• 7.4 基于極值異向介質(zhì)的深亞波長透鏡的性能討論90-91
• 7.5 本章小結(jié)91-92
• 第8章 太赫茲異向介質(zhì)薄膜92-100
• 8.1 太赫茲異向介質(zhì)薄膜的設計及實驗驗證92-98
• 8.2 太赫茲異向介質(zhì)的發(fā)展挑戰(zhàn)98-99
• 8.3 本章小結(jié)99-100
• 結(jié)束語100-103
• 參考文獻103-125
• 致謝125-126
• 攻讀博士學位期間的研究成果126-127

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本文編號：288620