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近年来，人工电磁材料已经成为各国科学家研究的热门课题，由于它具有与自然界中存在的传统材料不一样的电磁特性，从而在电磁学、光学、信息科学等领域显示出巨大的应用前景。
本论文的工作围绕人工电磁材料的电磁特性展开，主要对包含人工电磁材料的圆柱结构进行了理论分析和研究。主要研究内容包括两方面，覆盖人工电磁材料的金属圆柱的电磁散射增强研究和多层人工电磁材料圆柱结构的电磁隐身设计和分析。主要研究成果如下：
首先，运用经典电磁理论，对覆盖多层介质金属圆柱结构的电磁散射特性进行了严格的解析分析。结果表明，在小尺寸情况下，覆盖人工电磁材料的金属圆柱在满足一定几何尺寸条件下可以发生散射谐振，在散射谐振时，该结构的总体散射截面会得到显著增强，可以比单纯金属圆柱的散射高一个数量级。这种由覆盖人工电磁材料所引起的散射谐振，只依赖于金属圆柱和覆盖介质的半径比，与整个结构的绝对尺寸无关，因此，减小该结构整体尺寸但保证金属圆柱和覆盖材料的半径比不变，该结构仍能保持散射谐振。这种散射增强特性在小尺寸散射体、电磁信标等方面可能具有应用前景。其次，Pendry教授于2006年提出了利用各向异性介质材料实现隐身结构的坐标变换理论。这种隐身结构要求材料的电磁参数满足一定的各向异性且随半径而变化，因此实际实现起来有一定难度。本文提出了利用等效介质理论，通过多层交替的均匀各向同性材料实现上述隐身结构的电磁参数要求。为了验证这种方案的可行性，首先将一维平面多层周期结构的等效介质理论推广到圆柱体系，并通过严格电磁散射分析验证了其合理性。然后，运用圆柱体系下的等效介质理论，设计了同心多层介质隐身结构。通过严格的散射计算，表明这种结构能显著降低电磁散射，并且使得能流弯曲，达到电磁隐身的效果。目前电磁隐身结构都是由亚波长金属结构单元排列组成的人工电磁材料来实现，结构复杂，实现困难。提出的隐身结构方案可利用正常材料薄层实现，因此为隐身结构的实验验证，尤其是光波段隐身结构的验证，提供了一种可实现的途径。