[发明专利]一种三维全向自隐形材料

说明书

本发明公开了一种三维全向自隐形材料。所述材料是由电磁谐振单元通过任意三维组合构成的电磁透明材料，电磁谐振单元是由金属谐振结构、特氟龙介质和聚砜树脂在三维空间中通过空间电磁耦合构成，三种构成结构均为正方体结构，金属谐振结构内嵌在特氟龙介质中央，由金属谐振结构和特氟龙介质组成的整体结构再内嵌在聚砜树脂的中央；金属谐振结构包括两部分金属结构，第一部分主要由三个相同的类耶路撒冷十字架形相交叉贯穿连接组成，第二部分为的正方体金属颗粒分布于第一部分在正方体的八角所形成的八个空间区域中。本发明首次实现三维全向自隐形材料，并且具有任意形状的特性，同时可以推广到任意电磁波频段，可广泛应用于隐身材料及各种人工媒质领域。

技术领域

本发明涉及人工媒质领域，尤其是涉及了人工媒质领域的一种三维全向自隐形材料。

背景技术

人工媒质的物理本质，是通过密集排列的亚波长谐振单元，模拟自然媒介中原子的电磁极化，以在所需频段获得特定的频率色散。科学界一直致力于利用改变亚波长谐振单元的结构特性来改变媒质的电磁参数，从而获得具有没有反射的等效媒质，即完美匹配层(PML)。PML是计算电磁学中通过数学定义的一种假想的物质模型。1994年，Berenger首次提出PML的概念，后被广泛用于科研及工程领域的有限域数值计算。任意极化的电磁波以任意入射角入射到PML表面时，无任何反射地进入PML内部。当PML具有较大损耗时，透射的电磁波能量会被迅速吸收，成为一种理想的吸波材料；当PML具有损耗较小时，透射的电磁波能量可以几乎没有损耗的从PML出射，成为一种理想的透明材料。利用无损耗PML概念，可以得到媒质本身的“自我隐身”，实现“完美”理想天线罩等新奇应用。

目前相对于已有很多报道的基于PML概念所研究的超透频率选择表面(FSS：Frequency selective surface)的宽频带天线罩研究，对于三维完美匹配材料的报道相对较少。不仅仅因为三维材料的加工工艺相对较为复杂，同时对于三维结构会不可避免地同时产生电谐振与磁谐振，增加了研究的难度。2009年，杜克大学David R.Smith课题组报道了一种正入射横磁波激励下，非中心对称结构的三维超透材料。因为结构本身并非中心对称，同时磁场始终平行于材料对称面，因为该结构本身还是一种二维超透频率选择性表面。2016年，浙江大学叶德信博士利用3D打印技术，实现了一种具有三维中心对称结构，等效介电常数和磁导率与自由空间接近的无损耗人工PML媒质，并且对任意极化、任意入射角的横电波(TE)波呈现接近于1的相对折射率和波阻抗，实现微波频段的全角度透明传输。但是由于该结构中金属传输线必须相连，因为本质上还是一种二维超透频率选择性表面。2016年，苏州大学杭志宏教授利用光子晶体理论同样实现微波波段的TE波全角度透明传输光子晶体。但由于此工作是基于光子晶体理论，材料单元必须周期排列，同时单元间必须有空气间隔，所以还是无法用于透明材料的制作。

到目前为止，三维全向自隐形材料的研究仍限于二维超透选择性表面，还是无法实现真正意义上的三维透明材料，并且受限于超透选择性表面理论，都是需要周期阵列排布，因此限制其应用范围。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出了一种三维全向自隐形材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述材料是主要由电磁谐振单元通过任意三维组合构成的电磁透明材料，所述的电磁谐振单元是由金属谐振结构、特氟龙介质和聚砜树脂在三维空间中通过空间电磁耦合构成的透明材料单元。

所述的电磁谐振单元是在电磁波传播的各个方向上折射率等同于空气、同时相对介电常数、磁导率为1的透明材料单元。

所述的电磁谐振单元为正方体结构，内部结构中心对称，所述的金属谐振结构、特氟龙介质和聚砜树脂均为正方体结构，金属谐振结构内嵌在特氟龙介质中央，由金属谐振结构和特氟龙介质组成的整体结构再内嵌在聚砜树脂的中央。