磁场调谐的电磁隐身斗篷

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电磁超材料的独特的电磁特性为人们控制电磁波的流动提供有效的途径。它的等效介电常数和磁导率可以通过改变这种人工材料的微结构单元而实现调控,基于此,大量的新型功能器件设计相继被提出,如超级透镜,电磁隐身斗篷等等。其中,电磁隐身斗篷无疑是最能体现操纵电磁波的流动这一特点了,因此也是当前科学研究中的一大热点。目前,各种基于不同原理的电磁隐身斗篷相继被设计出来。但是,这些隐身斗篷的隐身频率都不能调谐,一旦斗篷设计制作好后,它的隐身频率就保持不变。显然,如果能够外部调控斗篷的工作频率,必将使其具有更大的实际应用价值。本论文将针对这个问题展开研究工作,设计了几种通过磁场调谐的电磁隐身斗篷。首先,本文简单回顾了电磁超材料的背景和发展过程,超材料是一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,通过一定的工艺设计,可以突破某些自然规律的限制,从而获得超出自然界固有的性质的超常材料功能。由此出现了如超级透镜,电磁隐身斗篷等的构想设计。在第二章中介绍了散射取消原理的隐身斗篷,并给出了其二维、三维结构下的解析表述。利用具有负介电常数或近零介电常数材料可以反相取消一个普通介质物体的极化散射,从而减少系统的散射截面,达到隐身的效果。可以看出斗篷的散射截面主要由U TEn参量影响,而如果可以外部的调控U TEn,可以很方便的拓展斗篷的隐身频率,这其中,对材料介电常数和磁导率的调节是方便有效的手段,这也是我们后文研究的理论依据。第三章本文对Serebryannikov等发现的高介电常数材料的隐身斗篷进行了深层次的阐释,并发现了高介电常数材料实际上扮演了一种超材料的角色,激发产生了一个近零或负的等效介质常数,实际上也可以理解为上一章的散射取消理论斗篷。由此,结合半导体材料在外磁场中由于磁光效应(法拉第旋光效应和沃伊特效应)其介电常数会随磁场改变这一特性,本文提出了外磁场调控型的多频率高介电常数的InSb半导体隐身斗篷。第四章,基于上一章的高介电常数隐身斗篷理论以及磁导率调制的研究,本文利用磁性铁氧体放在外磁场中时,它的磁导率会随外磁场而改变这一特点,提出了另一种概念的磁场调控型的高磁导率铁氧体隐身斗篷。实际上,斗篷隐身模式基本分为两种:一种是入射电磁场会通过斗篷引导从而绕过目标物体的“绕射”模式;另一种则以散射互补取消类斗篷为代表,入射场穿过了物体的“透射”模式。这两种工作模式斗篷具有截然不同的电磁特性,必然会有不同的用途。但是现在已报道过的斗篷都只能具有其中一种工作模式,由此,本文给出了一种隐身模式可由外场调制的多层斗篷,通过调节外电场和磁场,能使斗篷在“透射”和“绕射”两种隐身模式下切换。最后本文总结了论文的工作,并展望了可调谐斗篷研究的发展。
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