異向介質(zhì)的表征、雙各向異性及應(yīng)用研究.pdf

1、以異向介質(zhì)為代表的復(fù)合電磁材料,是由人工設(shè)計(jì)的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元經(jīng)過(guò)有序的排列而合成。由于它獨(dú)特的電磁響應(yīng)能產(chǎn)生自然界物質(zhì)中難以觀察到的奇異電磁現(xiàn)象,在從首次亮相至今還不到十年的時(shí)間里,異向介質(zhì)迅速發(fā)展成為科學(xué)和工程領(lǐng)域的多學(xué)科分支。本文首先提出了一種全新的雙各向異性異向介質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在隨后的篇幅中,重點(diǎn)探索與討論了各種屬性的異向介質(zhì)的潛在應(yīng)用。本文具體的工作內(nèi)容歸納如下:
　　 1.深入研究了雙各向異

2、性異向介質(zhì)的電磁特性,發(fā)現(xiàn)本構(gòu)參數(shù)中的手征因子(只存在于一個(gè)方向上)對(duì)色散關(guān)系影響很大;基于傳統(tǒng)S型諧振環(huán)提出了雙各向異性S型異向介質(zhì)的實(shí)現(xiàn)方法,使環(huán)內(nèi)某些水平金屬臂短路以產(chǎn)生電磁耦合;通過(guò)宏觀視角的理論分析,將這種新型結(jié)構(gòu)的本構(gòu)參數(shù)在準(zhǔn)靜態(tài)極限下全部表征出來(lái),并從理論上得到了非零的手征因子;其雙各向異性亦得到了數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的雙重驗(yàn)證。
　　 2.通過(guò)高斯波束在小電磁參數(shù)手征介質(zhì)中的傳播,生動(dòng)地描述了手征虛無(wú)介質(zhì)(chir

3、al nihility)所獨(dú)具的奇特電磁效應(yīng),例如在半平面情況下圓極化波的全反射與全透射,以及在平板介質(zhì)阻抗或折射率與空氣相匹配的情況下所顯現(xiàn)的特性,包括圓極化分波、波束展寬和駐波等;之所以用小電磁參數(shù)手征介質(zhì)來(lái)取代完美的手征虛無(wú)介質(zhì),是因?yàn)樗衔锢矶ɡ?因而可以由異向介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　 3.求解了PEC球體外包裹著多層各向異性介質(zhì)的電磁波散射問(wèn)題,并探討了當(dāng)各向異性介質(zhì)的本構(gòu)參數(shù)值分別接近虛無(wú)時(shí)的整體后向散射特性;與各向同性

4、的球殼相比,軸向介電常數(shù)和磁導(dǎo)率為小電磁參數(shù)的各向異性球殼在降低后向散射輻度上具有更大的潛能,此特性可被小電磁參數(shù)各向異性異向介質(zhì)用于單基站雷達(dá)系統(tǒng)的隱身。
　　 4.根據(jù)PEC柱體外四層介質(zhì)殼的優(yōu)化參數(shù)結(jié)果,設(shè)計(jì)了由九層異向介質(zhì)組成的柱體隱身衣,并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的驗(yàn)證;不同于坐標(biāo)變換法所得到的不均勻的隱身衣參數(shù),它的每一層介質(zhì)都是均勻的各向異性介質(zhì),設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,制作容易,且擁有與坐標(biāo)變換的完美參數(shù)近乎相同的隱身效果。
　　

5、 5.討論了當(dāng)隱身衣的背景介質(zhì)為雙各向異性介質(zhì)的情況,包括靜止的雙各向異性介質(zhì)和高速運(yùn)動(dòng)的介質(zhì),此時(shí)的隱身衣參數(shù)具有比其背景介質(zhì)更為復(fù)雜的雙各向異性,并且無(wú)法由簡(jiǎn)單的各向同性介質(zhì)的勻速運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。6.提出了消除反射系數(shù)中障礙物影響的一維成像方法,運(yùn)用傳輸線理論對(duì)障礙物建模,并在模型中虛擬地加入一段電磁屬性與障礙物完全相反的傳輸線,它可以被理解成為與障礙物厚度相同的有源異向介質(zhì)層,它的電磁參數(shù)依賴于障礙物的電磁屬性;當(dāng)障礙物中存在瑕疵而