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电磁隐身斗篷奇异性问题的处理与分析

电波科学学报 2013年第1期28卷 169-175页

作者：庞旭东朱守正华东师范大学信息科学与技术学院上海200241

在构建理想电磁隐身斗篷/隐身罩的过程中,扩展式映射方法将不可避免地引入内边界媒质参数极值这个奇异性问题,严重影响了隐身器件的实际可实现性和工作频带宽度.针对上述的奇异性问题,总结归纳了三类不同的处理方法.重点分析了第二类渐... 详细信息

在构建理想电磁隐身斗篷/隐身罩的过程中,扩展式映射方法将不可避免地引入内边界媒质参数极值这个奇异性问题,严重影响了隐身器件的实际可实现性和工作频带宽度.针对上述的奇异性问题,总结归纳了三类不同的处理方法.重点分析了第二类渐变维度扩展法,给出了详细的参数图表说明并通过数值仿真验证了该方法的可行性.

关键词：电磁超材料隐身斗篷坐标变换奇异性问题

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纤维增强复合材料热隐身斗篷设计

计算力学学报 2017年第4期34卷 453-458页

作者：刘立悦刘书田大连理工大学工业装备与结构分析国家重点实验室大连116024

基于变换热动力学原理可获得具有热隐身性能的隐身结构(隐身斗篷)所需要的材料性质的空间分布。但这种材料性质的复杂分布形式以及局部热传导性能无限大等极值性质需求,使得隐身斗篷设计的实现非常困难,需要研究基于常规材料的隐身斗篷... 详细信息

基于变换热动力学原理可获得具有热隐身性能的隐身结构(隐身斗篷)所需要的材料性质的空间分布。但这种材料性质的复杂分布形式以及局部热传导性能无限大等极值性质需求,使得隐身斗篷设计的实现非常困难,需要研究基于常规材料的隐身斗篷设计。本文基于常规材料的热隐身结构实现问题,提出了基于纤维增强复合材料圆环结构的实现热隐身的结构形式。首先,基于变换热动力学原理获得热隐身所需的热传导系数沿半径方向的变化规律;进而,通过设计复合材料不同位置的纤维铺设方式(含量和铺设方向)实现热隐身对材料性能的需求。选择金属银作为纤维,空气作为基体,设计出了具有热隐身性能的复合材料圆环结构纤维含量和铺设方向沿径向的分布方案。对该设计方案进行数值仿真,结果显示所设计的隐身结构具有良好的热隐身性能。由于设计方案基于常规材料,因此具有容易实现的优点。

关键词：热隐身隐身斗篷复合材料热变换动力学优化设计

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超介质电磁隐身斗篷的研究进展

材料导报 2012年第17期26卷 10-15页

作者：王战董建峰宁波大学光纤通信与网络技术研究所宁波315211

超介质(Metamaterials)是近年迅速发展起来的能够获得任意介电常数和磁导率进而调控电磁波传播的新颖介质。介绍了基于坐标变换的电磁隐身斗篷的基本理论,综述了超介质电磁隐身斗篷的研究进展,包括"封闭式"隐身斗篷、外隐身斗篷、隐身... 详细信息

超介质(Metamaterials)是近年迅速发展起来的能够获得任意介电常数和磁导率进而调控电磁波传播的新颖介质。介绍了基于坐标变换的电磁隐身斗篷的基本理论,综述了超介质电磁隐身斗篷的研究进展,包括"封闭式"隐身斗篷、外隐身斗篷、隐身地毯等几种不同的隐身斗篷,这些隐身斗篷都具有良好的隐身效果,在隐身技术方面,尤其是在军事方面具有非常重要的应用价值。

关键词：超介质隐身斗篷坐标变换电磁散射材料参数

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任意形状隐身斗篷和电磁旋转器的研究

微波学报 2011年第2期27卷 93-96页

作者：代黎明廖成周海京黄文媛西南交通大学电磁所成都610031 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

以无限长超材料任意形状壳为理论模型,研究超材料这种新型人工复合材料。在变换光学中,空间变换可以被认为是材料的变形,变换空间的介电常数和磁导率张量是材料的变形场得到的。通过数值求解拉普拉斯方程,根据光学变换理论,可以获得超... 详细信息

以无限长超材料任意形状壳为理论模型,研究超材料这种新型人工复合材料。在变换光学中,空间变换可以被认为是材料的变形,变换空间的介电常数和磁导率张量是材料的变形场得到的。通过数值求解拉普拉斯方程,根据光学变换理论,可以获得超材料的材料参数。利用全波仿真的方法仿真二维任意形状的隐身衣,电磁旋转器和集中器。当斗篷的介电常数和磁导率满足理论值时,隐身衣和电磁旋转器表现出完美的隐身和电磁旋转等特性。

关键词：超材料隐身斗篷电磁旋转器各向异性

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国外超材料及隐身斗篷技术发展研究

飞航导弹 2017年第5期 50-54页

作者：王轩郝璐黄兴军杨晓树王秀芝北京机电工程研究所

简要介绍了超材料及隐身斗篷技术的有关概念,包括超材料、超表面与表面等离激元、隐身斗篷以及声学超材料。按照时间顺序,回顾了国外超材料及隐身斗篷技术的发展历程。通过近年来相关领域的热点动态,对国外超材料和隐身斗篷在隐身领域... 详细信息

简要介绍了超材料及隐身斗篷技术的有关概念,包括超材料、超表面与表面等离激元、隐身斗篷以及声学超材料。按照时间顺序,回顾了国外超材料及隐身斗篷技术的发展历程。通过近年来相关领域的热点动态,对国外超材料和隐身斗篷在隐身领域的研究情况进行了深入分析与总结。

关键词：隐身超材料超表面隐身斗篷

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基于宇称时间对称的声隐身斗篷研究

基于宇称时间对称的声隐身斗篷研究

作者：李澔翔南京大学

学位级别：硕士

数百年来隐身术一直是人类的梦想,也是各类科幻小说电影中频繁出现的题材。目前在军事上得到广泛应用的隐身技术仅通过吸收等方式消除散射回波来降低被探测概率。随着超材料的出现和发展,可实现完美隐身的隐身斗篷近年来成为科学研究的... 详细信息

数百年来隐身术一直是人类的梦想,也是各类科幻小说电影中频繁出现的题材。目前在军事上得到广泛应用的隐身技术仅通过吸收等方式消除散射回波来降低被探测概率。随着超材料的出现和发展,可实现完美隐身的隐身斗篷近年来成为科学研究的热点问题之一,其物理本质是高效消除全空间的散射场来使物体无法被电磁波或声波探测。基于坐标变换理论,人们用超材料构建了各种光学和声学隐身斗篷。然而,其基本设计理论要求材料等效参数严格满足复杂的空间分布函数,导致这类隐身装置通常具有较大体积且容易受到参数误差和材料损耗的影响,使得可在自由空间中隐身大物体的薄层斗篷难以实现。本文基于宇称时间(Parity-Time,以下简称PT)对称这一物理机制,提出了将PT对称与声学超材料相结合的设计理念,解决了传统隐身器件“制作难,体积笨重”的难题。通过构建满足PT对称条件的损耗和增益声学介质,本文首次在实验上成功实现了可以隐身大尺寸物体的超薄隐身斗篷,具有单向衍射等重要特性。本文主要包括以下内容:第一章为绪论,简单介绍隐身技术的研究背景、发展和应用价值,并对其中典型隐身案例的不足进行分析。第二章分两部分介绍本文的理论背景,第一部分简要介绍宇称时间对称理论的发展历程,另一部分回顾利用PT对称实现声隐身的早期工作并讨论其局限性。第三章基于以往隐身工作的局限性,提出全新解决方案,构建基于PT对称的声学超薄隐身斗篷。本章首先介绍本文的理论工作。在理论成果中,本文利用无散射条件推导出满足PT对称的隐身斗篷其表面声阻抗的分布特性并验证在PT对称下声强分布的特点。第四章为本文的仿真和实验工作介绍,通过将PT对称和声学超材料结合,实际构建一类二维超薄声隐身斗篷。在仿真中本文选取亥姆霍兹共鸣器和扬声器作为隐身斗篷的损耗端和增益端单元,通过调节人工超材料的几何参数和设计相应的控制电路,得到满足PT对称条件的损耗端和增益端结构,并结合数值模拟对设计方案进行优化。在完成理论和仿真工作的基础之上,实际搭建该功能性器件并验证单向衍射特性。第五章对本文工作做了总结,并提出后期展望。

关键词：声学超材料 PT对称隐身斗篷表面声阻抗单向衍射

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基于光学变换原理的电磁隐身斗篷设计

基于光学变换原理的电磁隐身斗篷设计

作者：唐薇西安电子科技大学

学位级别：硕士

伴随着人工超颖电磁材料的蓬勃发展,人们致力于设计各式各样的电磁隐身装置。光学变换原理为此提供了有效的理论指导,其中最为传统的电磁隐身装置被称为内部电磁隐身装置,它能够引导电磁波绕过被隐身的目标物体传播,仿佛电磁波是在自由... 详细信息

伴随着人工超颖电磁材料的蓬勃发展,人们致力于设计各式各样的电磁隐身装置。光学变换原理为此提供了有效的理论指导,其中最为传统的电磁隐身装置被称为内部电磁隐身装置,它能够引导电磁波绕过被隐身的目标物体传播,仿佛电磁波是在自由空间中传播一样。但是,对于传统的内部电磁隐身装置,被隐身的目标物体位于斗篷装置的内部,无法与斗篷装置的外部进行通信。随后,为了使被隐身的目标物体能够与斗篷装置外界进行良好的通信,人们提出了各种各样的开放式电磁隐身斗篷设计。其中影响最大的是基于互补介质原理设计的外部电磁隐身装置,这种互补介质电磁隐身装置的被隐身区域位于斗篷装置的外部,并且需要针对不同的目标物体设计相应的镜像物体。这种基于互补介质原理设计的外部电磁隐身装置可以与外界进行良好的通信。同时这种互补介质电磁隐身装置还具有产生幻觉目标的功能。本文基于光学变换原理提出了几种电磁隐身装置,主要研究工作和创新点如下:设计了小型化组合式电磁隐身装置。在圆柱形互补介质电磁隐身斗篷的基础上,截取其部分扇形区域,并添加额外的两个三角部分,以使得整个装置的互补介质区域完全被核心区域与外部被隐身区域包围。这种小型化组合式电磁隐身装置与圆柱形互补介质电磁隐身斗篷相比,具有更小的几何尺寸,而不影响其电磁隐身效果。设计互补介质幻觉电磁隐身装置。在梯形互补介质电磁隐身斗篷的基础上,利用其核心区域的幻觉效应,产生一个幻觉的梯形隐身斗篷,并用此梯形隐身斗篷隐身目标物体。产生幻觉斗篷与利用斗篷隐身目标分别设计在两个不同的坐标维度上,因此也可以认为是做两次坐标变换的互补介质隐身装置。它可以有效地减小镜像物体的几何尺寸,并扩展被隐身区域的范围。设计三维任意形状的内、外部电磁隐身装置。基于三维球坐标系设计具有有限几何尺寸的任意形状电磁隐身装置,所设计的装置具有共形的边界,根据隐身装置的边界函数推导出了其装置材料参数的通用计算公式,一旦给出了所需设计装置的边界函数方程,直接代入材料参数的通用计算公式得到其材料参数,简化了设计步骤。

关键词：光学变换超颖材料互补介质隐身斗篷

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基于光学变换隐身斗篷的光线追迹

基于光学变换隐身斗篷的光线追迹

作者：贾成文湘潭大学

学位级别：硕士

如何控制电磁波按照预定的路径传播是电磁学和光学领域人们非常感兴趣的课题,传统的对电磁波控制的做法是对自然界中现有的物质材料进行几何形状的改变来实现.自***提出了广义坐标变换理论和转换介质理论后,人们从另一个方向考虑,将相... 详细信息

如何控制电磁波按照预定的路径传播是电磁学和光学领域人们非常感兴趣的课题,传统的对电磁波控制的做法是对自然界中现有的物质材料进行几何形状的改变来实现.自***提出了广义坐标变换理论和转换介质理论后,人们从另一个方向考虑,将相关的研究推向了高潮,人们设计和模拟了具有各向异性和非均匀介质的电磁“隐身斗篷”.本文首先介绍了 ***提出的光学变换理论和转换介质理论,然后基于光学变换理论和转换介质理论设计和推导了二维圆形和三维球形隐身斗篷和相应的材料参数及色散关系,接着从Maxwell方程组出发对其进行变形处理,找到了光线运动与Hanilton运动方程的关系,最后设计了数值离散格式并通过求解相应的Hamilton运动方程数值模拟追踪了二维圆形和三维球形隐身斗篷的光线运动路径,实现了光线追迹和隐身现象.

关键词：隐身斗篷光学变换哈密顿量材料参数

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基于非线性变换的球形隐身斗篷的光线追踪

基于非线性变换的球形隐身斗篷的光线追踪

作者：殷雄茂湘潭大学

学位级别：硕士

2006年,变换光学理论被物理学家Pendry等人提出,并成功设计了电磁隐身装置,从此基于变换光学理论设计各种光学器件的研究成为了热门课题,这是电磁学领域的一个新纪元.电磁隐身装置的设计是十分具有潜力的,随着人们在这方面的不懈努力,... 详细信息

2006年,变换光学理论被物理学家Pendry等人提出,并成功设计了电磁隐身装置,从此基于变换光学理论设计各种光学器件的研究成为了热门课题,这是电磁学领域的一个新纪元.电磁隐身装置的设计是十分具有潜力的,随着人们在这方面的不懈努力,理论上得到了很大的创新,隐身装置的设计也越来越多样化,参数上也越来越简单化,各种光学器件也随之产生,如电磁集中器等.但基于变换光学理论的电磁隐身装置一般情况下是各向异性非均匀参数的,这带给了现实应用相当大的挑战,不过近些年来,随着人们在理论上进一步地研究和实际中不断地创新,坚信不久以后,困难会被逐个克服的,这些电磁隐身装置将会被应用到实际生活中.由于在高频情况下,电磁波传播的全波数值模拟计算量非常大,传统的有限差分、有限元等方法不再适用,基于此本文研究利用非线性变换设计的电磁隐身装置的光线追踪方法.首先由Maxwell方程组出发,得到了非线性变换球形隐身斗篷的色散关系,利用该色散关系,结合边界条件求出了初始时刻波矢的值,通过变换光学理论,我们得到了非线性变换球形隐身斗篷的材料参数,最后结合Hamilton运动方程,对非线性变换球形隐身斗篷的光线追踪进行了数值模拟.我们用类似的方法研究了相对较简单的线性变换球形隐身斗篷的光线追踪,并且对光线在非线性变换与线性变换球形隐身斗篷中的传播进行了对比实验,结果显示非线性变换球形隐身斗篷中越靠近内边界,光线的弯曲程度变化越大,而光线在线性变换球形隐身斗篷中的弯曲程度变化较小;从同一位置进入的光线,在非线性变换球形隐身斗篷中穿出所用时间比在线性变换球形隐身斗篷中穿出所用时间短.

关键词：变换光学非线性变换隐身斗篷 Hamilton运动方程光线追踪