異向介質的表征、雙各向異性及應用研究.pdf

1、以異向介質為代表的復合電磁材料,是由人工設計的亞波長結構單元經(jīng)過有序的排列而合成。由于它獨特的電磁響應能產(chǎn)生自然界物質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間里,異向介質迅速發(fā)展成為科學和工程領域的多學科分支。本文首先提出了一種全新的雙各向異性異向介質結構設計并對其進行了理論分析與實驗驗證,在隨后的篇幅中,重點探索與討論了各種屬性的異向介質的潛在應用。本文具體的工作內容歸納如下:
　　 1.深入研究了雙各向異

2、性異向介質的電磁特性,發(fā)現(xiàn)本構參數(shù)中的手征因子(只存在于一個方向上)對色散關系影響很大;基于傳統(tǒng)S型諧振環(huán)提出了雙各向異性S型異向介質的實現(xiàn)方法,使環(huán)內某些水平金屬臂短路以產(chǎn)生電磁耦合;通過宏觀視角的理論分析,將這種新型結構的本構參數(shù)在準靜態(tài)極限下全部表征出來,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)值仿真與實驗測量的雙重驗證。
　　 2.通過高斯波束在小電磁參數(shù)手征介質中的傳播,生動地描述了手征虛無介質(chir

3、al nihility)所獨具的奇特電磁效應,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)手征介質來取代完美的手征虛無介質,是因為它符合物理定理,因而可以由異向介質來實現(xiàn)。
　　 3.求解了PEC球體外包裹著多層各向異性介質的電磁波散射問題,并探討了當各向異性介質的本構參數(shù)值分別接近虛無時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)各向異性異向介質用于單基站雷達系統(tǒng)的隱身。
　　 4.根據(jù)PEC柱體外四層介質殼的優(yōu)化參數(shù)結果,設計了由九層異向介質組成的柱體隱身衣,并經(jīng)過計算機仿真的驗證;不同于坐標變換法所得到的不均勻的隱身衣參數(shù),它的每一層介質都是均勻的各向異性介質,設計簡單,制作容易,且擁有與坐標變換的完美參數(shù)近乎相同的隱身效果。
　　

5、 5.討論了當隱身衣的背景介質為雙各向異性介質的情況,包括靜止的雙各向異性介質和高速運動的介質,此時的隱身衣參數(shù)具有比其背景介質更為復雜的雙各向異性,并且無法由簡單的各向同性介質的勻速運動來實現(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,運用傳輸線理論對障礙物建模,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層,它的電磁參數(shù)依賴于障礙物的電磁屬性;當障礙物中存在瑕疵而