基于人工电磁材料的新型电磁隐身机制——电磁隐身斗篷

电磁隐身是指通过缩减目标的散射截面来降低目标的可探测性。电磁隐身可大大提高武器装备的突防能力和生存率,在现代战争中具有极其重要的意义。2006年,英国物理学家Pen-dry等人提出了一种新型的电磁隐身机制——电磁隐身斗篷(Electromagnetic invisibility cloaks),它突破了传统隐身技术的设计思路,使得"完全隐身"成为可能,引起了国际电磁学和光学界的广泛兴趣。首先介绍了电磁隐身斗篷的机理和研究进展,然后基于变换光学理论(Transformation optics)研究了任意形状隐身斗篷的理论设计方法,并给出了相应的数值仿真结果。

信息可传递电磁隐身斗篷及其Mie散射分析

根据坐标变换理论和电磁隐身斗篷的设计方法,通过在斗篷层和介质之间增加互补媒质层实现二维不同形状信息可传递电磁隐身斗篷,并通过全波仿真验证了该斗篷具有隐身和信息可传递的特性。然后对二维圆柱形电磁隐身斗篷的散射场进行分析,根据麦克斯韦方程组和波动方程,求解隐身斗篷不同区域的电磁场。通过Mie散射理论和介质分界面上电磁场的边界条件,在理论上证明了隐身斗篷各区域的散射场为0,表明斗篷可以使雷达无法发现斗篷内的介质,即实现介质的完美隐身。

用于改变物体散射模式的散射控制器设计

为使雷达无法准确探测出物体形状,可以采用通过改变物体散射截面的方式。基于变换光学的二维电磁散射控制器可以控制物体的散射截面,使物体具有另外物体的散射模式。通过将散射控制器覆盖在理想导体柱或介质柱上,可以得到减小或放大的散射截面。此外,通过改变散射控制器的本构参数,还可以得到各种形状的理想导体的散射截面。通过仿真对比散射控制器和物体的电场分布和远场辐射图,证明此散射控制器可以改变物体散射模式。