電磁波隱身與偽裝器件的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和損耗問(wèn)題研究.pdf_第1頁(yè)
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1、自從2006年P(guān)endry等人提出用坐標(biāo)變換的方法成功地設(shè)計(jì)了完美的隱身衣以來(lái),在電磁學(xué)中,坐標(biāo)變換法已經(jīng)成為了一個(gè)用于任意地控制電磁波傳播路徑的通用方法,在最近幾年吸引了越來(lái)越多的研究者的興趣,并初步形成了一門(mén)新的學(xué)科即“變換電磁學(xué)”。變換電磁學(xué)利用坐標(biāo)變換法來(lái)設(shè)計(jì)和研究各種基于超材料的具有新穎功能的器件,這些器件可統(tǒng)稱(chēng)為“變換器件”。坐標(biāo)變換法作為一種強(qiáng)大的設(shè)計(jì)手段,對(duì)電磁波的隱身與偽裝領(lǐng)域有著重要意義。利用它不但設(shè)計(jì)出了各種形狀的

2、隱身衣,而且派生出了許多具有新式隱身與偽裝功能的電磁波器件,例如旋轉(zhuǎn)器、波束分離器、超級(jí)散射體、超級(jí)吸收體、外部隱身衣(隱身傘)、幻象器等等。但是由于設(shè)計(jì)出來(lái)的各種變換器件對(duì)材料的要求十分苛刻,通常需要材料參數(shù)高度各向異性、并隨著位置在相當(dāng)大的數(shù)值范圍內(nèi)連續(xù)變化等等。這些困難如果不解決將會(huì)極大的制約設(shè)計(jì)出來(lái)的各種變換器件的實(shí)現(xiàn),而真正實(shí)現(xiàn)這些器件才是變換電磁學(xué)的意義所在。在現(xiàn)階段甚至是在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái),材料的制備手段難以發(fā)展到符合目前大多

3、數(shù)變換器件要求的水平。因此,本文致力于設(shè)計(jì)各種器件的易于實(shí)現(xiàn)的版本,與此同時(shí),為了進(jìn)一步發(fā)揮坐標(biāo)變換法的作用,還設(shè)計(jì)了多種新式的具備各種功能的變換器件。首先,為了降低變換器件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和對(duì)材料的要求,我們?cè)谡撐闹虚_(kāi)展了五個(gè)方面的工作:1、設(shè)計(jì)了一種均勻材料構(gòu)建的隱身衣,該隱身衣由八塊共四種非奇異的均勻材料組成,能夠給實(shí)際實(shí)現(xiàn)帶來(lái)極大的方便:2、設(shè)計(jì)了一種適用于各種類(lèi)型物體的通用位移器,能夠?qū)⑷我獾奈矬w圖像移動(dòng)特定的距離,從而達(dá)到隱藏

4、物體真實(shí)位置的目的;3、基于通用位移器的概念,提出了一種更佳的設(shè)計(jì)方法,得到了由均勻材料構(gòu)成的通用位移器,該器件在實(shí)現(xiàn)上將更為容易;4、提出了一種隨著入射場(chǎng)的方向變化而改變場(chǎng)聚集率的場(chǎng)聚集器,這種器件可望在太陽(yáng)能電池中得到應(yīng)用,也可進(jìn)一步改進(jìn)成為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的超級(jí)散射體或吸收體,進(jìn)而應(yīng)用于隱身或偽裝領(lǐng)域;5、設(shè)計(jì)了由均勻材料構(gòu)成的場(chǎng)聚集器,并且發(fā)現(xiàn)在此基礎(chǔ)上能夠獲得由均勻材料構(gòu)成的可變聚集率的場(chǎng)聚集器以及超級(jí)散射體、吸收體。其次,為了適應(yīng)實(shí)

5、際物體復(fù)雜多變的外形,提出了一種邊界映射法用以設(shè)計(jì)一些復(fù)雜的任意形狀的器件,并利用此方法首次設(shè)計(jì)出了真正任意形狀的變形器。最后,為了解決變換器件中普遍存在的損耗問(wèn)題,提出了一種新的復(fù)坐標(biāo)變換方法,這種新的方法能夠把材料的電磁參數(shù)的虛部考慮到,這與傳統(tǒng)坐標(biāo)變換法只考慮材料的電磁參數(shù)的實(shí)部有顯著不同,使用傳統(tǒng)坐標(biāo)變換法設(shè)計(jì)得到的器件全部都需要由無(wú)損耗的材料構(gòu)成,而一般材料都會(huì)具有損耗,實(shí)際材料的損耗會(huì)顯著地降低器件的性能,特別是在實(shí)用的情況

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