基于光学变换的直流幻觉装置设计及验证

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2006年以来,基于Maxwell方程组坐标变换协变性的光学变换理论为人们提供了一种全新的调控电磁波的手段。人们根据设计需要构建空间映射,再由光学变换计算出相应的变换媒质,从而使电磁波按照预先设定的方式传播。随着新型人工电磁材料技术的日新月异,光学变换和隐形技术也拉开了快速发展的序幕。各种基于光学变换理论设计的新颖电磁/光学器件在人工电磁材料的有力支撑下不断产生。光学变换的应用范围,也从最初的微波波段向远红外、红外、近红外、可见光等频段扩展,甚至延伸到了表面等离激元、表面波、声学、力学、物质波、热力学等诸多领域。作为时变电磁场的特例,直流电/磁隐形斗篷也于近期得到了实验验证。在这样的背景下,本文设计并通过实验验证了一种直流幻觉装置。所做的工作主要包括以下几个方面:1.对光学变换的基本原理、隐形机理进行了深入研究,给出了空问变换时相应电磁参数的变换公式。2.对直流幻觉装置的设计模型、背景参数、径向切向电阻、匹配电阻等进行了详尽的说明和推导,用各向异性电阻网络搭建了实验装置,在ADS环境下实现了电路图设计及模拟仿真。3.焊接了实验电路板,绘出了模拟仿真和实际测量的电势分布图。研究表明,此设计实现了将直流场中实际的金属对象,在外界探测时变为虚拟放大的等效介质对象的功能,实验结果充分证实了该器件的优异性能。这一设计是在时变电磁场的特例——零频(直流电)完成实验验证的,是直流电/磁隐形领域完整理论的重要组成部分。
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