[发明专利]一种幻觉电磁隐身装置

说明书

技术领域

本发明涉及电磁技术领域，具体涉及一种用于电磁隐身的幻觉隐身装置。

背景技术

1968年，前苏联物理学家V.G.Veselago首次提出当介电常数ε和磁导率μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间将构成左手关系。由于自然界中没有发现这种介质，所以他的研究结果在上个世纪一直没有得到实验验证，更没有得到深入的研究。1996年，J.B.Pendry等人在微波频段内设计实现了等效介电常数为负的周期排列的金属细线(Rod)阵列结构；1999年，Pendry等又提出用开路环谐振器(SRRs：Split Ring Resonators)实现等效磁导系数为负的介质。2000年，D.R.Smith等人根据Pendry的理论模型，将金属细线阵列和开路环谐振器阵列有规律地结合起来，制成了世界第一例等效ε和μ同时为负的人工介质。2001年，他们将这一人工介质，印制在电路板上，实现了X波段的异向介质，并通过著名的“棱镜实验”，观察到了光线的负折射现象，首次从实验上证明了异向介质的存在。

近年来，以异向介质为代表的新型人工电磁材料成为国际上一个研究的热点，这种人工材料具有奇特的电磁特性。其中英文名称有很多，左手介质(LHM：Left-Handed Material)；后向波介质(BW medium：Backward-Wave medium)，双负介质(DNG：Double-Negative media)；负折射率介质(NRI：Negative Refractive Index Material)；人工复合材料(CMM：Composite Metamaterial)等，美国麻省理工学院孔金瓯(J.A.Kong)教授详细研究了电磁波在这类介质中的特性，建议其名称为异向介质(Metamaterials)，国内学者称为超颖材料，以突出电磁波在这种介质中传播时所表现出的不同于传统介质的各种逆向与奇异特性。

随着超颖材料研究的不断深入，完美隐形这一天方夜谭有可能变成有物理依据的事实。利用超颖材料实现完美隐形将成为新一代的隐形技术。

隐形(隐身)技术也称低可探测技术，是通过降低目标的信号特征，使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的技术。目前各国的隐身技术主要是使用各种吸波、透波材料实现对雷达的隐形。国内外的吸波材料还存在频带窄、效率低等缺点，使其应用范围受到一定的限制。传统的隐形技术并不能达到严格意义上的完美隐形。

2006年7月，J.B.Pendry，D.Schurig和D.R.Smith在《Science》杂志提出将一个介质的介电常数和磁导率设计成空间的函数，我们可以控制电磁波在介质中的行进路径，这就是著名的“控制电磁场”理论。既然可以控制电磁波的传播路径，我们可以把介质作成空腔结构，当电磁波遇到这个介质时，会从介质的空腔周围绕过，而无法进入空腔内部，因此当有物体放置在这个空腔内部时，将不被外界观察到。同年D.R.Smith，J.B.Pendry等人基于人工电磁材料在微波频段设计，制作了二维圆柱形隐身斗篷，并进行了相应的实验验证。至此隐形斗篷不仅从理论上获得支持，在实验上也得到了证实。

超颖材料为隐形斗篷的理论设计和实验实现提供了有力的保证.作为近年来的重大科技进展，隐形斗篷的理论研究和实验引起了很多科研工作者的关注.隐形斗篷目的是让电磁波传播的时候绕过一个特定的区域，即光线按照特定的路线进行曲线传播.光线的弯曲，除了可在由质量引起的弯曲空间中产生，也可以在非均匀电磁介质中得到，比如海市蜃楼就是源于非均匀空气层引起的光线弯曲.

设计隐身斗篷时，人们可以根据对电磁波的具体调控需要来构建空间映射,然后寻找能够实现空间映射的坐标变换,再由坐标变换计算出变换媒质，电磁波在这样设计出的变换媒质中将会按照人们预先设定的方式进行传播。变换光学方法成功地解决了完美电磁隐身斗篷的理论设计问题。所谓变换光学，它从Minkowski形式的麦克斯韦方程出发,按照人们所想要的任意方式,通过坐标变换使电磁波和能量在空间中以变换空间所表示的方式传播。这个时候改变的不是原始的笛卡尔平直坐标系而是空间介质的参数ε和μ,这样,我们就能让电磁波按照我们所设想的方式传播。由于做了坐标变换,几乎在空间每一点的ε和μ都有独立的值,这种材料在自然界是得不到的,所以在很长一段时间内这仅仅是数学变换而没法在物理上实现。事实上,早在1961年,Dolin就曾提出过这样的设想。但是,随着超颖材料的出现,直到2006年,人们才看到变换光学成为现实的可能性。超颖材料拓宽了介电常数和磁导率的范围,甚至可以得到双负材料。