人工電磁材料理論及外部反隱形裝置的設(shè)計(jì).pdf

1、人工電磁材料是由特定幾何形狀的周期或準(zhǔn)周期排列的亞波長(zhǎng)基本單元結(jié)構(gòu)組成，具有異于自然材料的電磁特性的人造復(fù)合材料，英文表達(dá)為“Metamaterials”也稱為“超材料”。人工電磁材料的電磁特性主要取決于材料的單元結(jié)構(gòu)，而非其本身的構(gòu)成材料，本文基于人工電磁材料研究的基本理論，對(duì)漸變折射率器件、隱形裝置和反隱形裝置進(jìn)行理論設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。本文的主要內(nèi)容如下：
　　根據(jù)等效媒質(zhì)理論，以打孔介質(zhì)板為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其任一單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行分

2、析，得出根據(jù)等效電容求解等效介電常數(shù)的解析方法。并將解析計(jì)算結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)調(diào)節(jié)打孔半徑，得到漸變折射率材料，結(jié)合幾何光學(xué)，設(shè)計(jì)了由打孔介質(zhì)構(gòu)成的偏折透鏡和聚焦透鏡，并用數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。
　　以變換光學(xué)理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)圓柱坐標(biāo)系下的內(nèi)部隱形和反隱形裝置。選擇合適變換函數(shù)，根據(jù)Maxwell方程組的形式不變性推導(dǎo)了變換前后材料電磁參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，將其代入仿真軟件，得到了理想的隱形反隱形效果。為避免圓柱坐標(biāo)

3、系下材料本構(gòu)參數(shù)奇異值和內(nèi)部隱形反隱形裝置的封閉性問(wèn)題，設(shè)計(jì)雙極柱坐標(biāo)系下的外部隱形和反隱形裝置。在雙極柱坐標(biāo)系中，材料參數(shù)和變換等式都大大簡(jiǎn)化。結(jié)合雙極柱坐標(biāo)系定義及變換光學(xué)公式，得到對(duì)應(yīng)材料參數(shù)，并用仿真結(jié)果確認(rèn)其設(shè)計(jì)的正確性。
　　理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果表明，基于等效媒質(zhì)理論，利用等效電容求解漸變折射率等效介電常數(shù)的方法，是一種較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法。應(yīng)用這種方法，結(jié)合幾何光學(xué)基本原理，設(shè)計(jì)的漸變折射率材料器件的能夠達(dá)到預(yù)期效果