基于线变换的椭圆柱外隐身斗篷的设计研究

基于线变换方法与互补媒质理论提出了线变换下的椭圆柱外隐身斗篷,并得到了相应外隐身斗篷材料本构参数张量的表达式.根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对不同长度线段的外斗篷进行了仿真验证,仿真结果证实了所得到的本构参数张量的正确性.这种外斗篷的材料参数只在轴向变化,横向参数为常数,易于用超介质制备.考虑到损耗对隐身效果的影响,得到了引入损耗后的外斗篷磁场分布.最后给出了本构参数的分布.本文的研究为利用超介质制备外隐身斗篷提供了一种新的可行的方法.     

新型椭圆形互补隐身斗篷设计

基于变换光学理论和互补媒质理论,提出了新型椭圆形互补隐身斗篷的设计方法,并得到了本构参数张量表达式,利用基于有限元算法的电磁仿真软件对该模型进行了全波仿真验证,结果证实了所得到的表达式的正确性,这种隐身斗篷不仅能够实现对位于其内部的物体隐身,而且电磁波能透进隐身斗篷内部进而可以与外界进行通信。     

正N边形柱的隐身条件的严格推导及其隐身特性验证

基于坐标变换理论,提出并推导了正N边形柱的隐身条件,并得到了相应隐身罩材料本构参数张量的通解表达式. 根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对N取不同值时的三个典型算例进行仿真验证. 仿真结果证实了所得到的本构参数张量的正确性. 考虑到损耗对于隐身效果的影响分析,这些分析结果为隐身物理机理的进一步理解,以及降低对称度隐身罩的设计奠定了理论基础. 关键词： 坐标变换 非均匀各向异性介质 本构参数张量 隐身     

三维椭球隐身条件的严格推导及其隐身特性验证

基于坐标变换理论,提出并推导了任意轴比下三维椭球的隐身条件,得到了相应隐身罩材料本构参数张量的通解表达式.根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对不同轴比的三个典型算例进行仿真验证.仿真结果证实了所导出的本构参数张量的正确性.这些分析结果为隐身物理机理的进一步理解,以及三维隐身罩的设计奠定了更充分的理论基础.     

正N边形柱的隐身条件的严格推导及其隐身特性验证

基于坐标变换理论,提出并推导了正N边形柱的隐身条件,并得到了相应隐身罩材料本构参数张量的通解表达式. 根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对N取不同值时的三个典型算例进行仿真验证. 仿真结果证实了所得到的本构参数张量的正确性. 考虑到损耗对于隐身效果的影响分析,这些分析结果为隐身物理机理的进一步理解,以及降低对称度隐身罩的设计奠定了理论基础.     

基于变换光学的椭圆形透明聚集器的设计研究

基于麦克斯韦方程组在不同坐标系下具有形式不变性以及变换光学理论, 通过设计材料的本构参数(介电常数和磁导率)来引导电磁波的传播, 提出了具有电磁透明和电磁聚集两种功能的新型电磁器件-椭圆形透明聚集器的设计方法. 电磁波透明体不会阻挡电磁波的传播并且能够与斗篷内部进行交互; 电磁波聚集器是当电磁波入射到该装置上时, 电磁波能够被设计的装置按照要求集中到一个区域或者一个点, 实现电磁波能量的集中. 本文利用压缩变换和扩展变换推导出了这种电磁器件中各层的相对介电常数和相对磁导率的张量表达式, 并利用基于有限元算法的电磁仿真软件对该电磁器件进行了全波仿真验证, 得到了入射波从各个不同方向入射时磁场z 分量的分布图, 仿真结果证实了该设计方法和电磁参数的正确性. 最后还讨论了电磁器件存在损耗时的情况, 当损耗逐渐增大时, 器件的功能在一定程度上受到了削弱. 本文的设计方法为其他新型电磁器件的设计提供了一种新的思路.     

一维带限Weierstrass分形分层地面与矩形截面导体柱复合电磁散射FDTD研究

运用时域有限差分方法研究一维带限分形分层粗糙地面与矩形截面导体柱的复合电磁散射,计算复合电磁散射的双站散射系数,得到复合散射系数随散射角的变化,讨论粗糙面高度起伏均方根、分维、中间层介质、下层介质及矩形截面导体柱的参数等对复合散射系数的影响.     

涡流损耗与介质尺寸的关系

本文讨论涡流热功率随介质尺寸变化规律。考虑圆柱和四方柱导体,受到均匀的正弦交变磁场,推导出涡流损耗的表达式,从而用定量的结果说明大块导体分割为相互绝缘的小导体可以减少涡流损耗。用Comsol软件做数值仿真,验证了理论结果。     

基于柱对称梯度折射率体系的可调控光束传输

采用磁性电磁超构材料,设计了具有柱对称梯度折射率分布的二维体系,根据梯度的不同可以实现光束的不同调制功能.通过等效介质理论,可以计算磁性电磁超构材料的等效电磁参数,从而获得等效折射率.而且,随着磁性柱半径的变化,可以实现等效折射率的灵活调制.尤为特别的是,通过改变外加偏置磁场的空间分布,可以实现不同的折射率梯度,这也是磁性电磁超构材料相对于普通介质体系的优越性.基于多重散射理论,对光束在二维体系中的传输行为进行了模拟计算,研究结果表明通过调制外加偏置磁场可以实现光束的囚禁、光束的内偏折和外偏折、以及分束等功能.而且,通过改变外加磁场可以实现不同功能间的切换,这种灵活的调制能力为光束传输提供了新的自由度.     

一种有场旋转和集中功能的新型多功能电磁器件的设计与研究

基于变换光学理论设计了一种新型的多功能电磁器件—旋转集中器.它以特殊的方式引导电磁波使其传播方向在器件核心区发生指定角度的旋转,并同时实现电磁场能量向该核心区的集中.针对提出的三种等效的旋转集中器结构,分别推导了相应的本构参数表达式,并利用有限元软件对三种结构分别进行了全波仿真.仿真结果验证了本构参数表达式的正确性.这三种不同的结构中,前两种结构由三层介质构成,后一种简化为两层介质.对于给定的任意旋转角度和能量集中率,三种结构可以使电磁场发生等效的传播方向旋转和能量集中两种效果.这些结果有助于对旋转器和集中器机理的进一步理解,并为复合功能器件的设计奠定了更充分的理论基础.本文提出的旋转集中器在设计高效率接收天线和特殊电路封装互联器件等方面都有潜在的应用前景.     

任意多面体隐身罩材料参数的推导及验证

基于坐标变换理论推导了任意多面体隐身罩的隐身条件,并得到了相应隐身罩材料参数的张量表达式.根据导出的材料参数的张量表达式,通过全波仿真分别对正四面体和十四面体隐身罩进行仿真验证,仿真结果证实了所得材料参数张量表达式的正确性,研究结果为三维复杂形状隐身罩的设计奠定了理论研究基础. 关键词： 坐标变换 多面体隐身罩 张量表达式 全波仿真     

An arbitrary-shaped acoustic cloak with merits beyond the internal and external cloaks

Based on transformation acoustics, an arbitrary-shaped acoustic cloak capable of functioning as an information exchange-enabling internal cloak and a movement-allowing external cloak is presented. The general expressions of material parameters for the acoustic cloaks with arbitrarily conformal or non-conformal boundaries are derived, and then the performances of developed cloaks are validated by full-wave simulations. Finally, the different characteristics of the linear and nonlinear transformations-based cloaks are compared and analyzed. The proposed cloak could lead to wider applications beyond that of normal cloaks, since it effectively compensates the insufficiencies of traditional internal and external cloaks. Besides, this work also provides a new method to design bifunctional device and suggests an alternative way to make a large object invisible.     

Design of two-dimensional elliptically cylindrical invisible cloaks with multiple regions

Two-dimensional(2D) elliptically cylindrical invisible cloaks with multiple regions are designed based on the transformation optics and the complementary media theory. Multiple invisible cloak regions can be obtained by properly using the compressed or folded transformation in each space layer. The constitutive parameter tensor expressions for each region have been obtained. The results of full wave simulations by using finite element software confirm the validity of the constitutive parameter tensor expressions. In addition, the parameters are relatively easier to realize.     

Simplified triangular ground plane cloak by oblique multilayer dielectrics

Based on the effective medium theory, the triangular ground plane cloak can be realized by thin layered systems. Two solutions of parameter setting of the layered cloak are suggested to demonstrate the invisibility performance of a hybrid incoming wave. The hybrid parameters are derived from the equivalent of both anisotropies of permittivity and permeability to the alternating layers. The performance of the designed layered cloak is validated by both TM and TE wave simulations with near-field distributions and average scattering power outflows on an observation semicircle. From the simulation results, the layered cloak with both hybrid parameters and improved hybrid parameters can reflect the incoming TM/TE waves in a specular direction, and the latter behaves with a better overall invisibility performance.     

Reciprocal invisibility cloak based on complementary media

The first invisibility cloak was proposed by Pendry et al. [Science 312, 1780 (2006)]. But the object enclosed in this original cloak is “blind", that is, it cannot see the outside world, since no electromagnetic waves can reach within the cloaked space. Based on the concept of complementary media, we propose a reciprocal invisibility cloak, in which the hidden object can see the outside world, but its presence cannot be detected by electromagnetic wave. The performance of the cloak has been verified by full-wave simulations.