电磁隐身用超材料.pdf

简介：
本文档探讨了用于电磁隐身技术的超材料设计与应用，分析其在军事和民用领域的潜在价值及挑战。 在探讨电磁隐身超材料之前，有必要先了解什么是超材料（Metamaterials）。这种新型人工电磁材料是由设计的人工复合材料单元构成的周期性或非周期性排列结构组成，其尺寸通常远小于所涉及的电磁波长，并能够与这些波进行相互作用。这赋予了它们一些自然界中不存在的独特物理特性。 其中关键的一点是超材料可以控制电磁波传播的方向。根据介电常数和磁导率的不同组合，可将材料分为几个区域：正常材料（区域I）具有正的介电常数和磁导率；某些频率下的电等离子体材料（区域II），其磁导率为负值；同样，在特定频段内表现出负介电常数的是所谓的“磁等离子体”材料（区域IV）。而最引人注目的则是同时拥有负介电常数与负磁导率的区域III，这是自然界中不存在的现象。 2001年，D.R.Smith教授首次成功制造出人工左手材料。这种材料展现出许多异常电磁特性，包括但不限于逆向折射、反Snell定律效应以及逆多普勒效应等现象。当电磁波在该类材质内传播时，其电场E、磁场H及波矢量k遵循左手规则，并且坡印廷矢量S的方向与其相反。 超材料研究领域经历了多次重大突破：2005年D.R.Smith教授发现渐变折射率介质能够使电磁波束偏转；次年他利用新型人工电磁材料制造出微波隐身斗篷，该装置能让周围环境中的电磁波绕过物体实现隐形效果。美国普渡大学的学者提出桌面黑洞理论后，中国东南大学程强团队成功构建了可以吸收99%入射电磁辐射的人造“黑体”模型。 此外，“人工电磁表面”（Metasurface）作为超材料的一个重要分支也日益受到重视。2011年通过引入相位梯度的设计理念，实现了对电磁波异常反射和折射现象的调控。相比传统技术而言，这种新型人工电磁表面更加灵活多变，并能够精确控制空间内不同位置处的相位变化来操纵电磁波特性（如幅度、极化态等），为未来微波通信设备及光学器件的发展开辟了新的途径。 超材料的研究成果对多个学科领域产生了深远影响，在隐身技术的应用中尤其展现出巨大潜力。通过精心设计与制造，可以在特定频段内有效调控和控制电磁波的行为，并实现“隐形”效果，这在军事、通讯以及安全等领域具有重要意义。随着我们对该领域的深入理解和技术创新的不断推进，超材料的应用前景将变得更加广阔。