电磁隐身超材料

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1、雷达专题课程汇报雷达隐身超材料汇报人：陈伟康目录CONTENT01020304新型人工电磁材料介绍雷达隐身材料发展和现状结合自己的研究工作总结与展望Part1新型人工电磁材料1.1新型人工电磁材料(Metamaterial)PartOne新型人工电磁材料又称超材料，是一种由尺寸远小于波长的单元结构周期或非周期排列而成的人工复合材料，具有自然界材料所不具备的超常物理性质。这些人工结构单元与传统材料的原子、分子功能类似，当它们按照周期性或非周期性排列并且尺寸远小于波长时，宏观上可以看作均匀的媒质或材料

2、。通过单元结构与电磁波的相互作用，新型人工电磁材料能够实现自然材料或化学合成材料无法具备的奇异物理特性。因此，它提供了一种全新的材料设计方法，可以根据实际需求，按照人的意志来设计材料的特殊性质。1.1新型人工电磁材料(Metamaterial)PartOne图1.1以介电常数和磁导率划分的媒质参数空间区域I中的材料介电常数和磁导率同时为正，包含了绝大多数的介质材料；区域II包含了电等离子体，如金属、铁电材料、掺杂半导体等，这些材料在低于等离子频率的频段存在负介电常数；区域IV包含着磁等离子体，这些

3、材料的磁响应在远离微波频率时迅速衰减，使材料呈现负的磁导率；最引人注目的是象限III，介电常数和磁导率同时为负，而自然界中不存在具有这种性质的材料。1.2左手材料PartOne2001年，D.R.Smith教授通过金属线和开口谐振环的组合结构，第一次真正意义上实现了人工的左手材料，并通过实验验证了负折射现象的存在。图1.2左手材料单元1.2左手材料PartOne当电磁波在介电常数和磁导率同时为负值的媒质中传播，电场E、磁场H以及波矢量k符合左手定则。电磁波在左手材料中传播时具有了与坡印廷矢量S方向

4、相反的波矢量k，因而会引起一系列不同寻常的电磁特性，如:负折射、逆Snell效应、逆Doppler效应、反向切伦科夫辐射等。1.3工作回顾1PartOne✿新型人工电磁材料的一次重大革命是2005年D.R.Smith教授发现渐变折射率的媒质能够实现电磁波束的偏折。✿2006年，Smith教授采用渐变折射率的新型人工电磁材料研制出了应用在微波波段的隐身斗篷，能够使电磁波绕过目标传播，从而实现隐身。SchurigD,MockJJ,JusticeBJ,etal.Metamaterialelectroma

5、gneticcloakatmicrowavefrequencies[J].Science,2006,314(5801):977-980.2009年初，美国普渡大学的两位学者提出了桌面黑洞的理论，如同宇宙黑洞改变物体运动轨迹一样，桌面黑洞可以使得光线改变传播路径，向黑洞中心螺旋前进，直至传播到中心被内核吸收。东南大学程强教授等人在此原理上构造了微波波段的“人工电磁黑洞”。采用谐振或非谐振的新型人工电磁材料单元构成同轴环，共60个同轴环组成电磁黑洞，内部同轴环为吸收体，外部同轴环构成外壳。该人工电磁黑

6、洞能够吸收99%的电磁波。图为其实物图和吸收场分布图。1.3工作回顾2PartOneChengQ,CuiTJ,JiangWX,etal.Anomnidirectionalelectromagneticabsorbermadeofmetamaterials[J].NewJournalofPhysics,2010,12(11):1749-1751.1.4新型人工电磁表面(Metasurface)PartOne✿新型人工电磁表面的一个标志性进展是2011年提出通过人工电磁表面谐振单元的设计引入相位梯度，

7、利用不同位置的相位梯度来实现电磁波的异常反射、折射现象。YuN,GenevetP,KatsMA,etal.Lightpropagationwithphasediscontinuities:generalizedlawsofreflectionandrefraction[J].Science,2011,334(6054):333-337.1.4新型人工电磁表面的优势(Metasurface)PartOne新型人工电磁材料是通过控制材料的介电常数与磁导率来实现奇异的物理特性，而根据广义的反射和折射定律

8、，新型人工电磁表面能够通过谐振单元引入相位突变，控制表面不同位置的折射或反射相位来实现空间电磁波的调控，因而设计更加方便灵活。广义反射和折射定律的理论一经提出，迅速引起了世界范围内的关注。新型人工电磁表面凭借着独特的物理性质，在操纵电磁波的幅度、相位、极化、波态、方向等方面展示出自由灵活的优越性，为新型人工电磁材料的发展注入了新的活力，在新型电磁隐身、微波和太赫兹器件、光电子器件等诸多领域具有广阔的发展前景。Part2雷达隐身2.1雷达隐身技术介绍PartTwo✿雷达隐身的本质是利