二维单向椭圆隐身器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电磁波控制技术领域，具体设及一种二维单向楠圆隐身器件。
【背景技术】
[0002] 隐身从古到今一直是人们所向往的目标。科学家在飞机表面上覆盖吸波材料，并 通过对飞机外形、几何尺寸的设计，使雷达波照射到飞机上后被吸收，减少飞机对雷达波的 反射，实现了隐形战机。但随着雷达技术的发展W及地空雷达的广泛运用，通过吸收入射波 的隐身方式已逐渐显露其不足之处，已无法再实现"隐身"。近年来，另一种基于变换光学的 非吸收的隐身方式逐渐兴起，其原理是利用变换光学设计出具有特定电磁参数的隐身介 质，控制电磁波在隐身器件内的传播路径，并且在电磁波出射时对其幅值和相位进行修复， 使出射波与该区域内没有物体时无异。运对于从真正意义上实现隐身、电磁屏蔽等方面具 有重要意义。
[0003] 基于变换光学的隐身器件需要非均匀及各向异性的复杂电磁参数，为对隐身器件 进行结构简化，目前所设计的光学隐身器件一般W降低其适用范围为代价，采用将Ξ维降 低至二维的方式，并且规定只能对单一方向的入射电磁波实现隐身。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种二维单向楠圆隐身器件。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种二维单向楠圆隐身器件，所述隐 身器件为楠圆柱体结构，所述隐身器件由圆柱体结构且中空的隐身区域(2)和位于隐身区 域(2)外侧的隐形介质区域(1)组成，所述隐身器件的底面的楠圆形结构在短轴方向的两个 端点处外切于隐身区域(2)的底面的圆形结构，隐形介质区域（1)的电磁参数包括磁导率μ 和介电常数ε，磁导率μ和介电常数ε分别满足W下条件:在第一象限和第二象限内：
[0009]在第Ξ象限和第四象限内：
[0012] 其中，X为隐形介质区域（1)的短轴方向的坐标，y为隐形介质区域（1)长轴方向的 坐标，Z为隐形介质区域（1)高度方向的坐标，R为隐身区域（1)的短轴半径，η为楠圆区域长 轴半径与短轴半径的比值。
[0013] 根据本发明实施例的一种二维单向楠圆隐身器件，通过设计隐身介质和隐身区域 的形状及构成隐身介质材料的电磁参数，并对隐身介质的电磁参数进行离散化处理，用每 个单位区域内中屯、点处的电磁参数代替区域内的电磁参数，使得复杂连续的电磁参数能够 实现，位于隐身区域内的障碍物对入射的电磁波得W隐身。
[0014] 另外，根据本发明上述实施例的一种二维单向楠圆隐身器件，还可W具有如下附 加的技术特征：
[0015] 进一步地，通过设计隐身介质和隐身区域的形状及构成隐身介质材料的电磁参 数，并对隐身介质的电磁参数进行离散化处理，用每个单位区域内中屯、点处的电磁参数代 替区域内的电磁参数，使得复杂连续的电磁参数能够实现，位于隐身区域内的障碍物对入 射的电磁波得W隐身。
[0016] 进一步地，所述超材料结构是由亚波长尺度的金属开口环(5)阵列构成，金属开口 环(5)为"凹"字形结构，金属开口环(5)的开口位于"凹"字形结构的凹进部，用印刷电路板 的方式在PCB基板(7)上加工有周期分布的金属开口环(5)阵列，将沿χ/方向和/方向分布 的金属开口环(5)阵列通过PCB基板(7)上的凹槽(6)连接在一起构成一个带状区域内的金 属开口环超材料结构。
[0017] 进一步地，所述隐身器件的底面短轴方向的半径R和所述隐身器件的高度可调整。
[0018] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0019] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中：
[0020] 图1是本发明一个实施例的二维单向楠圆隐身器件的俯视结构示意图；
[0021] 图2是本发明一个实施例的二维单向楠圆隐身器件的隐身效果示意图；
[0022] 图3是本发明一个实施例的二维单向楠圆隐身器件的隐身介质电磁参数离散化示 意图；
[0023] 图4是本发明一个实施例的金属开口环超材料结构示意图。
[0024] 图中：1-隐身介质区域；2-隐身区域；3-平面波发射源;4-电磁波等相位面； 5-金属开口环;6-凹槽;7-PCB基板。
【具体实施方式】
[0025] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中屯、"、"纵向横向上"、"下"、 "前"、"后V'左'、"右V'竖曹'、"水甲V'顶'、"底V'胖V'外"等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性。
[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或一体地连接;可 W是机械连接，也可W是电连接;可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可W具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0028] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的运些和其他方面。在运些描述 和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的 实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0029] 首先介绍本发明的工作原理：利用变换光学原理设计隐身介质所需要的电磁参 数，使得隐身器件能控制入射电磁波的传播路径绕过隐身区域，在出射时保持传播方向与 入射方向一致，并对电磁波的相位进行修复，保持出射波的等相位面为一平面。基于变换光 学设计出的满足W上要求的隐身器件对于入射电磁波其表现出的电磁特性如周围环境一 致，即可W实现对隐身区域内部障碍物的隐身。
[0030] 根据变换光学所设计出的隐身介质具有各向异性的非均匀的介电常数和磁导率， 为了实验实现该隐身器件，对隐身介质的电磁参数进行离散化处理。由于该隐身介质非均 匀的电磁参数只与X轴坐标相关，故将隐身介质划分为多个平行于y轴的宽度为亚波长尺度 的带状区域，每个区域内的电磁参数由区域中屯、点处的电磁参数代替。对每个区域内的电 磁参数矩阵进行对角化，使其只有χ/，/和个方向的分量，在每个带状区域内放置超材 料结构单元如金属开口环来实现该区域内Ξ个方向的电磁参数。
[0031] 金属开口环超材料结构的核屯、是利用金属开口环的电磁谐振特性来实现变换光 学原理所要求的特定各向异性的介电常数和磁导率，根据愣次定律和电磁感应定律，处在 交变电磁场中的金属开口环内会产生交变电流，从而能在垂直于金属环平面的方向上产生 磁谐振，因此沿χ/方向和/方向分布的金属开口环阵列能实现/和χ/方向的磁导率μ/和 ，利用W上两种电路板在χ/ 〇/ /平面内的周期阵列来实现轴方向的磁导率εζ<。由于金 属开口环的介电常数和磁导率是入射电磁波频率的函数，利用金属开口环的电磁谐振特 性，调节两个方向上金属环的几何参数(金属开口环开口处间隙大小、金属环的线宽、相邻 两个平行电路板间距离、电路板的厚度等），使得在某一工作频段下，几个不同方向上的磁 导率和介电常数同时达到变换光学理论所要求的值，从而通过金属开口环的阵列排布就能 实现对电磁波传播路径与相位的控制，使电磁波在隐身介质内传播，绕过隐身区域，达到隐 身的效果。
[0032] W下结合附图描述根据本发明实施例的二维单向楠圆隐身器件。
[0033] 图1是本发明一个实施例的二维单向楠圆隐身器件的俯视结构示意图，图2是本发 明一个实施例的二维单向楠圆隐身器件的隐身效果示意图。请参考图1和图2,本发明实施 例中的二维单向楠圆隐身器件为楠圆柱体结构。隐身器件由圆柱体结构且中空的隐身区域 2和位于隐身区域2外侧的隐形介质区域1组成。隐身器件的底面的楠圆形结构在短轴方向 的两个端点处外切于隐身区域2的底面的圆形结构。隐形介质区域1的电磁参数包括磁导