[實(shí)用新型]柱狀電磁波隱身器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320108172.1
• 申請日: 2013-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN203117533U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳紅勝;鄭斌;張柏樂
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;H01Q15/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種柱狀電磁波隱身器件，屬于電磁波隱身領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電磁波隱身一直是人類長期以來的一種夢想，但是一直沒有得以實(shí)現(xiàn)。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(dòng)的形式進(jìn)行能量和動(dòng)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(xù)的。一般地，電磁波照射到物體上時(shí)，不能完全地傳播到物體后面，而會(huì)在物體上發(fā)生散射，因此電磁波照射在物體上時(shí)會(huì)在物體的后面產(chǎn)生陰影，物體后面的處在陰影區(qū)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(shù)，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，從而使物體的后面不產(chǎn)生任何陰影，物體后面的背景或者其他物體也不會(huì)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(dāng)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(shù)，比如隱形飛機(jī)等采用的隱身技術(shù)，并不是消除飛機(jī)在雷達(dá)波照射下的陰影，而是通過在物體表面涂抹能吸收雷達(dá)波的材料讓反射回去的電磁波達(dá)到最小，來防止飛機(jī)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)隱形。這種技術(shù)不是真正的隱身，這種技術(shù)主要工作在微波波段，且只能對單基站雷達(dá)隱身，而不能對雙基站雷達(dá)隱身，因此很容易就被雙基站雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。在光波段，現(xiàn)有的隱身技術(shù)主要還是軍事迷彩等，然而，隨著背景環(huán)境的改變，這種技術(shù)將不再具有隱身效果，因此這只是一種偽裝技術(shù)，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(cè)的物體拍下后顯示在另一側(cè)，但它的效果受圖像的質(zhì)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(cè)引導(dǎo)到另一側(cè)，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，并且需要數(shù)量龐大的光纖，而且只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(huì)被物體擋住，從而使物體后面不會(huì)呈現(xiàn)出陰影區(qū)域的隱身技術(shù)。

Pendry等在2006年的Science期刊[Science312,1780(2006)]上發(fā)表文章提出了一種理想的隱身技術(shù)方法。他們通過變換光學(xué)的方法，設(shè)計(jì)出介電常數(shù)和磁導(dǎo)率參數(shù)隨空間變化的隱身器件，并在微波波段進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，他們采用一種異向介質(zhì)（Metamaterial）材料來實(shí)現(xiàn)：采用金屬圖案陣列構(gòu)造出等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率參數(shù)隨空間變化的、具有各向異性特性的介質(zhì)，并使這些等效介質(zhì)在柱坐標(biāo)系中按照一定要求放置，來實(shí)現(xiàn)圓柱形的隱身器件。但是這種采用金屬圖案陣列構(gòu)造隱身器件的方法，構(gòu)造方法比較復(fù)雜，并且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(yuǎn)紅外頻段。在Pendry等人的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，他們采用了很多近似，因此實(shí)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(dá)到完全隱身的效果。雖然Pendry等實(shí)現(xiàn)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(shí)際工程中，由于非理想情況的存在，隱身器件事實(shí)上很難完全地除掉物體的陰影。當(dāng)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(shí)，在物體的后面垂直于入射方向的平面上，存在隱身器件時(shí)物體產(chǎn)生的陰影面積小于沒有隱身器件時(shí)物體產(chǎn)生的陰影面積，也即隱身器件可以使物體在電磁波照射時(shí)在物體的后面所產(chǎn)生的陰影面積減少。在這種情況下，由于這種隱身器件也達(dá)到了一定程度的隱身效果，因此也被認(rèn)為是一種行之有效的隱身器件。一般的，科學(xué)家通過計(jì)算物體在電磁波照射下后面陰影的減少量來定量地評(píng)價(jià)這些隱身器件的隱身效果。

由于Pendry等提出的隱身器件設(shè)計(jì)方法要求所用材料的電磁參數(shù)隨空間變化，并且要求材料的電磁參數(shù)遍歷0到無窮大的區(qū)間內(nèi)所有的值，對材料的要求非常苛刻，實(shí)現(xiàn)起來很困難，價(jià)格昂貴，同時(shí)這種材料由于色散很劇烈，只能工作在很窄的一個(gè)頻率區(qū)間，而且采用這種方法實(shí)現(xiàn)的隱身器件只對特定極化的電磁波有效，不能實(shí)現(xiàn)對任意極化的電磁波的隱身，因此在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種柱狀電磁波隱身器件，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的全部或部分缺陷。