变换光学隐身器件及高阻抗表面蝶形天线设计

• 作 者: 孟宪锟
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期

近年来,人工电磁媒质以其新颖的特性吸引了众多领域科学家的关注。电磁异向介质是指电磁波在其中传播时表现出特殊传导或者辐射特性的人工电磁材料。左手材料是最早被提出的异向介质,具有负介电常数和负磁导率,电磁波在这种材料中传播时,将产生与传统媒质不同的各种效应,如负折射效应、逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射效应等。异向介质已经在应用电磁学、材料科学、光学以及固体物理学领域内受到越来越多的关注。本文以异向介质为研究背景,研究其在新型微波器件和天线方面的应用。　　
主要工作包括以下三个部分:　　
1首先对变换光学方法展开研究。从麦克斯韦方程组的形式不变性出发,推导了一般情况下的材料本构参数变换公式。以二维圆形隐身衣为例,详细给出了利用变换光学方法设计隐身衣中参数推导的一般过程。最后,通过有限元仿真的结果证明了以上方法的正确性。　　
2介绍一种基于变换光学方法的互补媒质,并提出利用互补媒质实现一种能量局域化装置。首先根据变换光学原理阐述该装置的设计方案,给出了材料参数的推导过程,并利用有限元方法进行了数值模拟,仿真结果验证了该方案的有效性。其次,从解析的角度研究电流源激励时,理想导体圆柱在互补媒质作用下空间中电磁场的分布情况。最后,对所提出的能量局域化装置进行实验测量,验证了该方案的性能。　　
3研究了如何利用高阻抗表面改善宽带蝶形天线的辐射性能。通过对高阻抗表面的单元结构进行等效电路分析和全波电磁仿真分析。在此基础上,将优化设计的高阻抗表面加载到宽带蝶形天线中,并对加载前后的天线性能进行仿真分析和比较。通过加载高阻抗表面,蝶形天线方向图的后瓣得到明显抑制。同时,天线的剖面大大降低。