[發明專利]一種三維全向自隱形材料

有效

• 申請號: 201710735880.0
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107623188B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 王春;朱忠博;葉德信
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種三維全向自隱形材料。所述材料是由電磁諧振單元通過任意三維組合構成的電磁透明材料，電磁諧振單元是由金屬諧振結構、特氟龍介質和聚砜樹脂在三維空間中通過空間電磁耦合構成，三種構成結構均為正方體結構，金屬諧振結構內嵌在特氟龍介質中央，由金屬諧振結構和特氟龍介質組成的整體結構再內嵌在聚砜樹脂的中央；金屬諧振結構包括兩部分金屬結構，第一部分主要由三個相同的類耶路撒冷十字架形相交叉貫穿連接組成，第二部分為的正方體金屬顆粒分布于第一部分在正方體的八角所形成的八個空間區域中。本發明首次實現三維全向自隱形材料，并且具有任意形狀的特性，同時可以推廣到任意電磁波頻段，可廣泛應用于隱身材料及各種人工媒質領域。

技術領域

本發明涉及人工媒質領域，尤其是涉及了人工媒質領域的一種三維全向自隱形材料。

背景技術

人工媒質的物理本質，是通過密集排列的亞波長諧振單元，模擬自然媒介中原子的電磁極化，以在所需頻段獲得特定的頻率色散。科學界一直致力于利用改變亞波長諧振單元的結構特性來改變媒質的電磁參數，從而獲得具有沒有反射的等效媒質，即完美匹配層(PML)。PML是計算電磁學中通過數學定義的一種假想的物質模型。1994年，Berenger首次提出PML的概念，后被廣泛用于科研及工程領域的有限域數值計算。任意極化的電磁波以任意入射角入射到PML表面時，無任何反射地進入PML內部。當PML具有較大損耗時，透射的電磁波能量會被迅速吸收，成為一種理想的吸波材料；當PML具有損耗較小時，透射的電磁波能量可以幾乎沒有損耗的從PML出射，成為一種理想的透明材料。利用無損耗PML概念，可以得到媒質本身的“自我隱身”，實現“完美”理想天線罩等新奇應用。

目前相對于已有很多報道的基于PML概念所研究的超透頻率選擇表面(FSS：Frequency selective surface)的寬頻帶天線罩研究，對于三維完美匹配材料的報道相對較少。不僅僅因為三維材料的加工工藝相對較為復雜，同時對于三維結構會不可避免地同時產生電諧振與磁諧振，增加了研究的難度。2009年，杜克大學David R.Smith課題組報道了一種正入射橫磁波激勵下，非中心對稱結構的三維超透材料。因為結構本身并非中心對稱，同時磁場始終平行于材料對稱面，因為該結構本身還是一種二維超透頻率選擇性表面。2016年，浙江大學葉德信博士利用3D打印技術，實現了一種具有三維中心對稱結構，等效介電常數和磁導率與自由空間接近的無損耗人工PML媒質，并且對任意極化、任意入射角的橫電波(TE)波呈現接近于1的相對折射率和波阻抗，實現微波頻段的全角度透明傳輸。但是由于該結構中金屬傳輸線必須相連，因為本質上還是一種二維超透頻率選擇性表面。2016年，蘇州大學杭志宏教授利用光子晶體理論同樣實現微波波段的TE波全角度透明傳輸光子晶體。但由于此工作是基于光子晶體理論，材料單元必須周期排列，同時單元間必須有空氣間隔，所以還是無法用于透明材料的制作。

到目前為止，三維全向自隱形材料的研究仍限于二維超透選擇性表面，還是無法實現真正意義上的三維透明材料，并且受限于超透選擇性表面理論，都是需要周期陣列排布，因此限制其應用范圍。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提出了一種三維全向自隱形材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

所述材料是主要由電磁諧振單元通過任意三維組合構成的電磁透明材料，所述的電磁諧振單元是由金屬諧振結構、特氟龍介質和聚砜樹脂在三維空間中通過空間電磁耦合構成的透明材料單元。

所述的電磁諧振單元是在電磁波傳播的各個方向上折射率等同于空氣、同時相對介電常數、磁導率為1的透明材料單元。

所述的電磁諧振單元為正方體結構，內部結構中心對稱，所述的金屬諧振結構、特氟龍介質和聚砜樹脂均為正方體結構，金屬諧振結構內嵌在特氟龍介質中央，由金屬諧振結構和特氟龍介質組成的整體結構再內嵌在聚砜樹脂的中央。