一種組合式電磁隱身裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種用邊界拼接技術(shù)設(shè)計(jì)的外部電磁隱身裝置。包括從圓柱體互補(bǔ)介質(zhì)隱身斗篷上截取的由1b核心區(qū)域和2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域兩個(gè)部分組成的扇形柱，該扇形柱的橫截面為夾角2θ的扇形，該扇形柱的彎曲弧面為圓柱體互補(bǔ)介質(zhì)隱身斗篷的側(cè)面的一部分；本發(fā)明由1a，1b，1c三個(gè)核心區(qū)域和2a、2b、2c三個(gè)互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域組成；采用本發(fā)明邊界拼接技術(shù)，可以截取任何形狀的外部隱身斗蓬，并在截面邊界上拼接其他區(qū)域，構(gòu)成本發(fā)明所公布的組合式電磁隱身裝置。本發(fā)明可以大大減小隱身裝置的尺寸，節(jié)約成本和空間。本發(fā)明的設(shè)計(jì)組合式電磁隱身裝置的方法，也可以應(yīng)用到任意的外部電磁隱身裝置的設(shè)計(jì)中。
【專利說明】一種組合式電磁隱身裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種組合式電磁隱身裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]1968年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家V.G.Veselago首次提出當(dāng)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ都為負(fù)值時(shí)，電場、磁場和波矢之間將構(gòu)成左手關(guān)系。由于自然界中沒有發(fā)現(xiàn)這種介質(zhì)，所以他的研究結(jié)果在上個(gè)世紀(jì)一直沒有得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，更沒有得到深入的研究。1996年，J.B.Pendry等人在微波頻段內(nèi)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了等效介電常數(shù)為負(fù)的周期排列的金屬細(xì)線(Rod)陣列結(jié)構(gòu)；1999年，Pendry等又提出用開路環(huán)諧振器(SRRs: Spl it RingResonators)實(shí)現(xiàn)等效磁導(dǎo)系數(shù)為負(fù)的介質(zhì)。2000年，D.R.Smith等人根據(jù)Pendry的理論模型，將金屬細(xì)線陣列和開路環(huán)諧振器陣列有規(guī)律地結(jié)合起來，制成了世界第一例等效ε和μ同時(shí)為負(fù)的人工介質(zhì)。2001年，他們將這一人工介質(zhì)，印制在電路板上，實(shí)現(xiàn)了 X波段的異向介質(zhì)，并通過著名的“棱鏡實(shí)驗(yàn)”，觀察到了光線的負(fù)折射現(xiàn)象，首次從實(shí)驗(yàn)上證明了異向介質(zhì)的存在。
[0003]近年來，以異向介質(zhì)為代表的新型人工電磁材料成為國際上一個(gè)研究的熱點(diǎn)，這種人工材料具有奇特的電磁特性。其中英文名稱有很多,左手介質(zhì)(LHM =Left-HandedMaterial);后向波介質(zhì)(BWmedium:Backward-ffave medium)，雙負(fù)介質(zhì)(DNG:Double-Negative media);負(fù)折射率介質(zhì)(NRI:Negative Refractive Index Material)；人工復(fù)合材料(CMM:Composite Metamaterial)等,美國麻省理工學(xué)院孔金瓶(J.A.Kong)教授詳細(xì)研究了電磁波在這類介質(zhì)中的特性，建議其名稱為異向介質(zhì)(Metamaterials),國內(nèi)學(xué)者稱為超穎材料，以突出電磁波在這種介質(zhì)中傳播時(shí)所表現(xiàn)出的不同于傳統(tǒng)介質(zhì)的各種逆向與奇異特性。
[0004]隨著超穎材料研究的不斷深入，完美隱形這一天方夜譚有可能變成有物理依據(jù)的事實(shí)。利用超穎材料實(shí)現(xiàn)完美隱形將成為新一代的隱形技術(shù)。隱形(隱身)技術(shù)也稱低可探測技術(shù)，是通過降低目標(biāo)的信號特征，使其難以被發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤和攻擊的技術(shù)。目前各國的隱身技術(shù)主要是使用各種吸波、透波材料實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)的隱形。國內(nèi)外的吸波材料還存在頻帶窄、效率低等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍受到一定的限制。傳統(tǒng)的隱形技術(shù)并不能達(dá)到嚴(yán)格意義上的完美隱形。
[0005]2006 年 7 月，J.B.Pendry, D.Schurig 和 D.R.Smith 在《Science》雜志提出將一個(gè)介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率設(shè)計(jì)成空間的函數(shù)，我們可以控制電磁波在介質(zhì)中的行進(jìn)路徑，這就是著名的“控制電磁場”理論。既然可以控制電磁波的傳播路徑，我們可以把介質(zhì)作成空腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波遇到這個(gè)介質(zhì)時(shí)，會從介質(zhì)的空腔周圍繞過，而無法進(jìn)入空腔內(nèi)部，因此當(dāng)有物體放置在這個(gè)空腔內(nèi)部時(shí)，將不被外界觀察到。同年D.R.Smith, J.B.Pendry等人基于人工電磁材料在微波頻段設(shè)計(jì)，制作了二維圓柱形隱身斗篷，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。至此隱形斗篷不僅從理論上獲得支持，在實(shí)驗(yàn)上也得到了證實(shí)。
[0006]超穎材料為隱形斗篷的理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)提供了有力的保證.作為近年來的重大科技進(jìn)展，隱形斗篷的理論研究和實(shí)驗(yàn)引起了很多科研工作者的關(guān)注.隱形斗篷目的是讓電磁波傳播的時(shí)候繞過一個(gè)特定的區(qū)域，即光線按照特定的路線進(jìn)行曲線傳播.光線的彎曲，除了可在由質(zhì)量引起的彎曲空間中產(chǎn)生，也可以在非均勻電磁介質(zhì)中得到，比如海市蜃樓就是源于非均勻空氣層引起的光線彎曲。
[0007]設(shè)計(jì)隱身斗篷時(shí)，人們可以根據(jù)對電磁波的具體調(diào)控需要來構(gòu)建空間映射，然后尋找能夠?qū)崿F(xiàn)空間映射的坐標(biāo)變換，再由坐標(biāo)變換計(jì)算出變換媒質(zhì)，電磁波在這樣設(shè)計(jì)出的變換媒質(zhì)中將會按照人們預(yù)先設(shè)定的方式進(jìn)行傳播。變換光學(xué)方法成功地解決了完美電磁隱身斗篷的理論設(shè)計(jì)問題。所謂變換光學(xué)，它從Minkowski形式的麥克斯韋方程出發(fā)，按照人們所想要的任意方式，通過坐標(biāo)變換使電磁波和能量在空間中以變換空間所表示的方式傳播。這個(gè)時(shí)候改變的不是原始的笛卡爾平直坐標(biāo)系而是空間介質(zhì)的參數(shù)ε和μ，這樣，我們就能讓電磁波按照我們所設(shè)想的方式傳播。由于做了坐標(biāo)變換，幾乎在空間每一點(diǎn)的ε和μ都有獨(dú)立的值，這種材料在自然界是得不到的，所以在很長一段時(shí)間內(nèi)這僅僅是數(shù)學(xué)變換而沒法在物理上實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，早在1961年，Dolin就曾提出過這樣的設(shè)想。但是，隨著超穎材料的出現(xiàn)，直到2006年，人們才看到變換光學(xué)成為現(xiàn)實(shí)的可能性。超穎材料拓寬了介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的范圍，甚至可以得到雙負(fù)材料。
[0008]目前世界上有多個(gè)研究小組開始致力于這方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究。2007年
A.Nicolet研究小組,根據(jù)J.B.Pendry的理論,并利用特殊的計(jì)算模型證明了當(dāng)光以波形式傳播時(shí)，近距離的物體也可以變得隱形。浙大小組，J.A.Kong等人從精確的電磁散射理論出發(fā)，對隱身斗篷的物理特性做了更細(xì)致的分析，研究了不同背景材料中(漸變介質(zhì)，分層介質(zhì))圓柱斗篷的隱形特性。隨后應(yīng)用坐標(biāo)變換，橢圓截面，正方形截面等不同形狀斗篷分別被提出，這異向介質(zhì)電磁傳輸特性及其在隱形斗篷應(yīng)用的研究在一定程度上降低了斗篷結(jié)構(gòu)的對稱性。2008年，任意截面的電磁斗篷已有相關(guān)報(bào)道，這為電磁斗篷設(shè)計(jì)的靈活性提供了理論基礎(chǔ)。
[0009]然而這種電磁斗篷還存在一個(gè)問題，就是在電磁斗篷的內(nèi)部會形成盲區(qū)，S卩外部的光不能穿透一個(gè)完美隱形的斗篷，物體也無法觀察到外界。
[0010]為了解決這個(gè)問題，上海交通大學(xué)與香港科技大學(xué)研究組合作，在2008年9月提出了反隱形斗篷理論，其原理是利用坐標(biāo)變換設(shè)計(jì)出各向異性負(fù)折射率材料，且材料的阻抗與隱形斗篷的正折射率相匹配。當(dāng)一件隱形斗篷讓物體周圍的光線彎曲的時(shí)候，接觸到反隱形斗蓬的任何區(qū)域?qū)⒆屢恍┕饩€回到原來的狀態(tài)，從而讓它可見。通過讓一層反隱形斗蓬材料與隱形斗篷接觸，這可以讓隱藏在電磁斗篷內(nèi)的物體觀察到外界。
[0011]近期賴云等人將變換光學(xué)與補(bǔ)償介質(zhì)相結(jié)合，開辟了異向介質(zhì)應(yīng)用在隱形斗篷的新的分支。
[0012]2008年10月，馬紅孺等人，利用異向介質(zhì)的負(fù)折射和相位補(bǔ)償特性，實(shí)現(xiàn)物體的超級散射，即散射截面大于物體本身的幾何截面。
[0013]2009年11月，來自香港科技大學(xué)的賴云，陳煥陽等人根據(jù)坐標(biāo)變換和相位補(bǔ)償理論，設(shè)計(jì)出一種新型的斗篷，稱之為互補(bǔ)介質(zhì)斗篷，給這個(gè)新的分支帶來了重大突破。這種互補(bǔ)介質(zhì)斗篷理論上能夠隱藏一個(gè)三維物體，突破了一維的局限。并且使斗篷外的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)隱形，正由于目標(biāo)在斗篷外，它彌補(bǔ)了在傳統(tǒng)電磁斗篷中目標(biāo)與周圍環(huán)境隔絕的缺點(diǎn)，使用互補(bǔ)介質(zhì)斗篷可以使目標(biāo)觀測到外界而不被外界所覺察，這開創(chuàng)了隱形的新思路。唯一不足的是，這種斗篷依賴隱藏目標(biāo)材料和形狀。斗篷和目標(biāo)形成一體，如果目標(biāo)改變了，斗篷也得做相應(yīng)的改變。賴云等人提出的互補(bǔ)介質(zhì)斗篷是一個(gè)橫截面為圓形的分層圓柱形斗篷。如圖1所示，圖1(a)最中間的核心圓稱為核心區(qū)域，是對整個(gè)變換空間的壓縮，也是用去產(chǎn)生幻覺物體的區(qū)域。核心圓外的圓環(huán)是互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域，鑲嵌在此區(qū)域的鏡像物體可以隱身外部空氣區(qū)域的目標(biāo)物體。如圖1(b)所示，互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域中所示的月牙形鏡像物體可以隱身外部空氣區(qū)域中的目標(biāo)物體。但是這種圓柱形互補(bǔ)介質(zhì)隱身斗篷的隱身不具有定向性，在隱身定向目標(biāo)物體的情況下，這種斗篷只有一小部分區(qū)域起到了作用，而剩下大部分的空間都沒有起到任何作用，這就造成了材料和成本的浪費(fèi)，且沒有起到作用的裝置部分占用了較大的空間，影響了裝置尺寸的小型化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的電磁隱身裝置無方向性和尺寸較大的缺陷，提出一種采用邊界拼接技術(shù)來設(shè)計(jì)的，具有較小尺寸和方向性的組合式電磁隱身裝直。
[0015]為此，本發(fā)明提供了一種組合式電磁隱身裝置，包括從圓柱體互補(bǔ)介質(zhì)隱身斗篷上截取的部分核心區(qū)域Ib和部分互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域2b組成的橫截面為扇形的扇形柱，該扇形柱的橫截面為夾角2 Θ的扇形，該扇形柱的彎曲弧面為圓柱體互補(bǔ)介質(zhì)隱身斗篷的側(cè)面的一部分；所述組合式電磁隱身裝置由la，lb, Ic三個(gè)核心區(qū)域和2a、2b、2c三個(gè)互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域組成，所述Ia核心區(qū)域和Ic核心區(qū)域是橫截面為三角形的三棱柱，且Ia和Ic的幾何尺寸相同；
[0016]所述Ia核心區(qū)域和Ic核心區(qū)域?qū)?yīng)相同的一個(gè)側(cè)面分別與Ib核心區(qū)域扇形柱的兩側(cè)面相接，且Ia的角I和Ic的角2與Ib的2 Θ三個(gè)角的角度和為180° ;所述2a互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域和2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域是橫截面為三角形的三棱柱，且2a和2c的幾何尺寸相同，2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域?yàn)闄M截面是部分圓環(huán)的柱體，該環(huán)所對應(yīng)的圓心角為2 Θ，環(huán)的內(nèi)弧與Ib核心區(qū)域扇形的弧相同且相接；
[0017]所述2a互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域和2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域?qū)?yīng)相同的一個(gè)側(cè)面分別與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的兩個(gè)平面?zhèn)让嫦嘟?且2a的AD邊對應(yīng)的側(cè)面和Ia的AD邊對應(yīng)側(cè)面相接，2c的A’ D’面與和Ic的A’ D’面相接；2a截面的BD邊與Ia截面的OD邊垂直；2c截面的B’ D’邊與Ic截面的0D’邊垂直；
[0018]Ia核心區(qū)域與2a互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域拼接后組成了一個(gè)橫截面為直角三角形的棱柱，同樣Ic核心區(qū)域與2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域拼接后也組成了一個(gè)橫截面為直角三角形的棱柱，由于Ia與2a、lc與2c分別具有相同的幾何尺寸，故其用相同的方式組合后的裝置也具有相同的幾何尺寸；lb核心區(qū)域與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域組合成一個(gè)中心角為2 Θ的扇形柱，Ib核心區(qū)域的弧面與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的內(nèi)弧面重合拼接；
[0019]所述組合式電磁隱身裝置的橫截面由三條直線段和一條圓弧線所圍成。
[0020]上述的各個(gè)核心區(qū)域以及互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的由具有不同材料參數(shù)的，具有各向異性性質(zhì)的超穎材料制成，所述組合式電磁隱身裝置沿軸線方向上具有相同的材料參數(shù)。
[0021]上述的各個(gè)核心區(qū)域以及互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域具體的材料參數(shù)可利用坐標(biāo)變換的原理計(jì)算得到，對于Ib核心區(qū)域與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域，在極坐標(biāo)下表示其坐標(biāo)變換，對于la、lc核心區(qū)域以及2a、2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域，均用直角坐標(biāo)系表示；
[0022]上述任一區(qū)域的材料參數(shù)可以用如下式(I)和式⑵求得:
[0023]ε ' = Λ ε AT/det(A) (I)
[0024]μ ' = Λ μ AT/det(A) (2)
[0025]其中ε和μ是介質(zhì)空間的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，ε ’和μ ’是所計(jì)算區(qū)域的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，Λ是雅克比矩陣，如式(3)所示:
[0026]Alj = Dpi /Vpj (3)
[0027]其中P’是變換后的坐標(biāo)系，P是原空間的坐標(biāo)系；
[0028]若知道坐標(biāo)變化先后所對應(yīng)區(qū)域的坐標(biāo)變換方程，利用式(3)可以求得雅克比矩陣，將雅克比矩陣代入式(I)和式(2)就可以計(jì)算得到對應(yīng)區(qū)域的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率；
[0029]Ia核心區(qū)域材料參數(shù)的具體計(jì)算過程:
[0030]設(shè)區(qū)域4a壓縮到Ia的變換在直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變換方程表示為:
[0031]X1 = ax+by+c
[0032]y1 = dx+ey+f
[0033]對于這樣三角形的壓縮變換，可以看做將原空間的三個(gè)點(diǎn)0、A、D映射到三個(gè)點(diǎn)O、
C、D，將對應(yīng)變換的幾個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)帶入上式中，即可求出對應(yīng)的待定系數(shù)a、b、C、d、e和f。
[0034]再由雅克比矩陣的計(jì)算公式計(jì)算得到其對應(yīng)的雅克比矩陣，帶入下面公式坐標(biāo)變化后區(qū)域的材料計(jì)算公式:
[0035]B1=Az A T/det (A)
[0036]μ ' = Λ μ AT/det(A)
[0037]la區(qū)域的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率表示為:

【權(quán)利要求】
1.一種組合式電磁隱身裝置，其特征在于:包括從圓柱體互補(bǔ)介質(zhì)隱身斗篷上截取的部分核心區(qū)域Ib和部分互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域2b組成的橫截面為扇形的扇形柱,該扇形柱的橫截面為夾角2Θ的扇形，該扇形柱的彎曲弧面為圓柱體互補(bǔ)介質(zhì)隱身斗篷的側(cè)面的一部分；所述組合式電磁隱身裝置由la，lb, Ic三個(gè)核心區(qū)域和2a、2b、2c三個(gè)互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域組成，所述Ia核心區(qū)域和Ic核心區(qū)域是橫截面為三角形的三棱柱，且Ia和Ic的幾何尺寸相同； 所述Ia核心區(qū)域和Ic核心區(qū)域?qū)?yīng)相同的一個(gè)側(cè)面分別與Ib核心區(qū)域扇形柱的兩側(cè)面相接，且Ia的角I和Ic的角2與Ib的2 Θ三個(gè)角的角度和為180° ;所述2a互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域和2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域是橫截面為三角形的三棱柱，且2a和2c的幾何尺寸相同，2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域?yàn)闄M截面是部分圓環(huán)的柱體，該環(huán)所對應(yīng)的圓心角為2 Θ，環(huán)的內(nèi)弧與Ib核心區(qū)域扇形的弧相同且相接； 所述2a互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域和2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域?qū)?yīng)相同的一個(gè)側(cè)面分別與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的兩個(gè)平面?zhèn)让嫦嘟?，?a的 AD邊對應(yīng)的側(cè)面和Ia的AD邊對應(yīng)側(cè)面相接，2c的A’ D’側(cè)面與和Ic的A’ D’側(cè)面相接；2a截面的BD邊與Ia截面的OD邊垂直；2c截面的B’ D’邊與Ic截面的0D’邊垂直； Ia核心區(qū)域與2a互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域拼接后組成了一個(gè)橫截面為直角三角形的棱柱，同樣Ic核心區(qū)域與2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域拼接后也組成了一個(gè)橫截面為直角三角形的棱柱，由于Ia與2a、lc與2c分別具有相同的幾何尺寸，故其用相同的方式組合后的結(jié)構(gòu)也具有相同的幾何尺寸；lb核心區(qū)域與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域組合成一個(gè)中心角為2 Θ的扇形柱，Ib核心區(qū)域的弧面與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的內(nèi)弧面重合拼接； 所述組合式電磁隱身裝置的橫截面由三條直線段和一條圓弧線所圍成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種組合式電磁隱身裝置，其特征在于:所述的各個(gè)核心區(qū)域以及互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的材料由六個(gè)具有不同材料參數(shù)的，具有各向異性性質(zhì)的超穎材料制成，所述組合式電磁隱身裝置沿軸線方向上具有相同的材料參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種組合式電磁隱身裝置，其特征在于:所述的各個(gè)核心區(qū)域以及互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域具體的材料參數(shù)利用坐標(biāo)變換的原理計(jì)算得到，對于Ib核心區(qū)域與2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域，在極坐標(biāo)系下表示其坐標(biāo)變換，對于la、Ic核心區(qū)域以及2a、2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域，均在直角坐標(biāo)系下表示； 上述任一區(qū)域的材料參數(shù)可以用如下式(I)和式(2)求得: e'=Ae AT/det( A) (I) μ ' = A μ ΛT/det(A) (2) 其中ε和μ是介質(zhì)空間的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，ε ’和μ ’是所計(jì)算區(qū)域的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，Λ是雅克比矩陣，如式(3)所示: Av = opilvp；(3) 其中P’是變換后的坐標(biāo)系，P是原空間的坐標(biāo)系； 若知道坐標(biāo)變化先后所對應(yīng)區(qū)域之間的坐標(biāo)變換方程，利用式(3)可以求得雅克比矩陣，將雅克比矩陣代入式(I)和式(2)就可以計(jì)算得到對應(yīng)區(qū)域的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率； Ia核心區(qū)域材料參數(shù)的具體計(jì)算過程: 設(shè)區(qū)域4a壓縮到Ia的變換在直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變換方程表示為:xr = ax+by+c
jf = dx+ey+f 對于這樣三角形的壓縮變換，可以看做將原空間的三個(gè)點(diǎn)0、A、D映射到三個(gè)點(diǎn)0、C、D，將對應(yīng)變換的幾個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)帶入上式中，即可求出對應(yīng)的待定系數(shù)a、b、C、d、e和f ; 再由雅克比矩陣的計(jì)算公式計(jì)算得到其對應(yīng)的雅克比矩陣，帶入下面公式坐標(biāo)變化后區(qū)域的材料計(jì)算公式: e'=Ae A T/det ( A ) μ ' = Λ μ ΛT/det(A) 即可求得Ia區(qū)域的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率:
材料的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率與相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率的關(guān)系如下:
εε ' r相對.ε O, μ , = μ , r相對.P ο 其中Λ是雅克比矩陣，ρ’是變換后的坐標(biāo)系，P是原空間的坐標(biāo)系，^和μ C1分別是空氣的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，ε。= 1/(36.π).10_9(法拉/米)，μα = 4.π.10_7(亨利/米)； 2a互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域材料參數(shù)的具體計(jì)算過程: 假設(shè)3a空氣區(qū)域到2a互補(bǔ)介質(zhì)的折疊變換的坐標(biāo)變換方程表示為:
X1 = ax+by+c
y' = dx+ey+f 對這樣的兩個(gè)三角形區(qū)域之間的變換，實(shí)際上可以看做是將點(diǎn)C，B和D分別映射到另外三個(gè)點(diǎn)A，B和D，將這些映射點(diǎn)帶入上述坐標(biāo)變換方程，求出對應(yīng)待定系數(shù)a、b、c、d、e和f。即可得到相應(yīng)的雅克比矩陣，區(qū)域2a的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率求得為:
再由ε ' = ε ' r相對.ε 0，μ ' = μ ' r相對.μ 0即可得到區(qū)域如的具體材料參數(shù)； Ib核心區(qū)域材料參數(shù)的具體計(jì)算過程: Ib區(qū)域是截取的現(xiàn)有的圓柱形互補(bǔ)隱身裝置的一部分，它的材料參數(shù)與圓柱形互補(bǔ)隱身裝置材料參數(shù)相同，其坐標(biāo)變換公式在圓柱坐標(biāo)系下表示為:
利用類似la，2a區(qū)域的計(jì)算過程，Ib區(qū)域的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率表示為: " _ " _ ￡ r相對=μ r相對=丄 ε O相對=μ O相對=丄 ε ζ 相對=I.1 z 相對=(Rc/Ra)2 再由ε ' = ε ' r相對.ε 0，μ ' = μ ' r相對.μ 0即可得到區(qū)域Ib的具體材料參數(shù)； 2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域材料參數(shù)的具體計(jì)算過程: 對外部空氣區(qū)域3b到2b互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的折疊變換，設(shè)其在極坐標(biāo)下的坐標(biāo)變換滿足如下式方程:r = kr; +mΘ = θ ,z = τ’Iff* — I? Ii 其中k和m是待定系數(shù)，可以求得:
相應(yīng)的,可以求得2b區(qū)域的相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率為:
由ε ' = ε ' r相對.ε 0，μ ' = μ ' r相對.μ 0可得到區(qū)域2b的具體材料參數(shù)； Ic核心區(qū)域和2c互補(bǔ)介質(zhì)區(qū)域的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率計(jì)算方法分別與Ia和2a相同；將金屬細(xì)線陣列和開路環(huán)諧振器陣列有規(guī)律地結(jié)合起來，即可構(gòu)造出等效的所需ε和μ的人工超穎材料。
4.如權(quán)利要求1所述的一種組合式電磁隱身裝置，其特征在于:所述組合式電磁隱身裝置的工作電磁波的波長與裝置尺寸相近。
【文檔編號】G06F3/01GK104076924SQ201410300601
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月28日
【發(fā)明者】史琰, 唐薇 申請人:西安電子科技大學(xué)