[發明專利]一種具有四個方向隱身效果的柱狀電磁波隱身器件

有效

• 申請號: 201310200470.8
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103268014A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 鄭斌;陳紅勝;蔣昱昱;沈煉;張柏樂;王華萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;H01Q15/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明涉及一種柱狀電磁波隱身器件，屬于電磁波隱身領域。

背景技術

電磁波隱身一直是人類長期以來的一種夢想，但是一直無法得以實現。電磁波是指由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以周期波動的形式進行能量和動量傳遞的一種波。電磁波譜包括電磁輻射所有可能的頻率，電磁波譜頻率從低到高分別列為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。電磁波譜是無限的，而且是連續的。一般地，電磁波照射到物體上時，不能完全地傳播到物體后方，而是會在物體上發生散射，因此電磁波照射在物體上時會在物體的后方產生陰影，物體后方的處在陰影區域中的背景就被物體擋住而不能被探測到。理想的電磁波隱身技術，可以使電磁波繞過被隱身的物體，并在物體的另一邊按照原來的路徑出射，從而使物體的后方不產生任何陰影，物體后方的背景或者其他物體也不會被前面的物體擋住。這種情況下，電磁波沒有照射到物體上，相當于物體不存在，也即物體得到了完美的隱身。

目前已有的隱身技術，比如隱形飛機等采用的隱身技術，并不是消除飛機在雷達波照射下的陰影，而是通過在物體表面涂抹能吸收雷達波的材料讓反射回去的電磁波達到最小，來防止飛機被雷達發現，從而實現隱形。這種技術不是真正的隱身，這種技術主要工作在微波波段，且只能對單基站雷達隱身，而不能對雙基站雷達隱身，因此很容易就被雙基站雷達發現。在光波段，現有的隱身技術主要還是軍事迷彩等，然而，隨著背景環境的改變，這種技術將不再具有隱身效果，因此這只是一種偽裝技術，而不是真正地從視線中消失。另有一種隱身裝置，它通過攝像頭和顯示屏，將一側的物體拍下后顯示在另一側，但它的效果受圖像的質量的影響，而且需要額外的能量，并且外面的攝像頭、電源連線等裝置都是可以看到的，這種方法也不是真正的隱身。還有一種方式，通過光纖，將光線從一側引導到另一側，從而繞過中間的物體，但這樣的裝置對光纖的工藝要求較高，還需要數量龐大的光纖，卻只能實現一個方向上的隱身。因此，這些隱身方法都不是一般人所理解的理想的隱身方法，所謂的“理想的隱身方法”，是指可以使電磁波繞過被隱身的物體，并在物體的另一邊按照原來的路徑出射，電磁波不會被物體擋住，從而使物體后方不會呈現出陰影區域的隱身技術。

Pendry等在2006年的Science期刊[Science312,1780(2006)]上發表文章提出了一種理想的隱身技術方法。他們通過變換光學的方法，設計出介電常數和磁導率參數隨空間變化的隱身器件，并在微波波段進行了實驗驗證。在實驗驗證中，他們采用一種異向介質（Metamaterial）材料來實現：采用金屬圖案陣列構造出等效介電常數和等效磁導率參數隨空間變化的、具有各向異性特性的介質，并使這些等效介質在柱坐標系中按照一定要求放置，來實現圓柱形的隱身器件。但是這種采用金屬圖案陣列構造隱身器件的方法，構造方法比較復雜，同時由于金屬在光頻段的損耗很大，以及尺度變小后加工困難，上述方法基本上只能用于微波或遠紅外頻段。在Pendry等人的實驗驗證中，他們采用了很多近似，因此實際中他們的隱身器件使物體的散射截面只減少了24%，還沒有達到完全隱身的效果。雖然Pendry等實現的隱身器件沒有完全消除物體在電磁波照射下的陰影，但是由于這種隱身器件使物體后面的陰影得到了一定程度的減少，因此可以說是一種行之有效的隱身器件。在實際工程中，由于非理想情況的存在，隱身器件事實上很難完全地除掉物體的陰影。當電磁波照射到有隱身器件的物體和沒有隱身器件的物體時，在物體的后面垂直于入射方向的平面上，存在隱身器件時物體產生的陰影面積小于沒有隱身器件時物體產生的陰影面積，也即隱身器件可以使物體在電磁波照射時在物體的后方產生的陰影面積減少。在這種情況下，由于這種隱身器件也達到了一定程度的隱身效果，因此也被認為是一種行之有效的隱身器件。一般的，科學家通過計算物體在電磁波照射下后面陰影的減少量來定量地評價這些隱身器件的隱身效果。

由于Pendry等提出的隱身器件設計方法要求所用材料的電磁參數隨空間變化，并且要求材料的電磁參數遍歷0到無窮大的區間內所有的值，對材料的要求非常苛刻，實現起來很困難，價格昂貴，同時這種材料由于色散很劇烈，只能工作在很窄的一個頻率區間，而且采用這種方法實現的隱身器件只對特定極化的電磁波有效，不能實現對任意極化電磁波的隱身，因此在實際應用中有很大的局限性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有四個方向隱身效果的柱狀電磁波隱身器件，從而克服現有技術的全部或部分缺陷。