一種電磁波隱身器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電磁波隱身器件。它包含四個對入射的電磁波是透明且各向同性的介質(zhì)單元，其中，第一和第四介質(zhì)單元為橫截面呈直角三角形的柱體，第二和第三介質(zhì)單元為橫截面呈三角形的柱體；第二和第三介質(zhì)單元位于第一和第四介質(zhì)單元之間；第一介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的側(cè)面的一個側(cè)棱與第二介質(zhì)單元的一個側(cè)棱重疊，第三介質(zhì)單元的一個側(cè)棱與第四介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的側(cè)面的一個側(cè)棱重疊；第一介質(zhì)單元的上底面的一個直角邊所在的側(cè)面與第四介質(zhì)單元的上底面的一個直角邊所在的側(cè)面平行；第一介質(zhì)單元的上底面的另一直角邊所在的側(cè)面與第四介質(zhì)單元的上底面的另一直角邊所在的側(cè)面的延伸面重疊；本發(fā)明適用于整個電磁波段。
【專利說明】一種電磁波隱身器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁波隱身器件，屬于電磁波隱身領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁波隱身技術(shù)，是指通過技術(shù)手段，使物體難以被電磁波探測到的技術(shù)。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(jìn)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(xù)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(fā)生散射，因此電磁波照射在物體上時會在物體的后方產(chǎn)生陰影，物體后方的處在陰影區(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，從而使物體的后方不產(chǎn)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(dāng)于物體不存在，也即物體得到了完美的隱身。
[0003]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)。在可見光波段，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，還需要數(shù)量龐大的光纖，卻只能實(shí)現(xiàn)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(xiàn)出陰影區(qū)域的隱身技術(shù)。
[0004]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)驗驗證。在實(shí)驗驗證中，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，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(yuǎn)紅外頻段。在Pendry等人的實(shí)驗驗證中，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。
[0005]由于Pendry等提出的隱身器件設(shè)計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O到無窮大的區(qū)間內(nèi)所有的值，對材料的要求非?？量蹋瑢?shí)現(xiàn)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(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)對任意極化電磁波的隱身，因此在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種電磁波隱身器件，以克服現(xiàn)有技術(shù)的全部或部分缺陷。
[0007]本發(fā)明所指的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。物體的折射率是指電磁波在空氣中傳播的速度與在該物體中傳播的速度值之t匕。電磁波經(jīng)過兩個不同折射率的介質(zhì)時，會在交界面發(fā)生折射，從而使電磁波發(fā)生偏移。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0009]本發(fā)明電磁波隱身器件包括一個第一介質(zhì)單元、一個第二介質(zhì)單元、一個第三介質(zhì)單元和一個第四介質(zhì)單元，所述第一介質(zhì)單元、第二介質(zhì)單元、第三介質(zhì)單元和第四介質(zhì)單元對入射的電磁波是透明且是各向同性的，第一介質(zhì)單元和第四介質(zhì)單元為橫截面呈直角三角形的柱體，第二介質(zhì)單元和第三介質(zhì)單元為橫截面呈三角形的柱體；
[0010]第二介質(zhì)單元和第三介質(zhì)單元位于第一介質(zhì)單元和第四介質(zhì)單元之間，第一介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱與第二介質(zhì)單元的第一側(cè)棱重疊，第三介質(zhì)單元的第一側(cè)棱與第四介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱重疊；第一介質(zhì)單元的上底面的第一直角邊所在的第一側(cè)面與第四介質(zhì)單元的上底面的第一直角邊所在的第一側(cè)面平行；第一介質(zhì)單元的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面與第四介質(zhì)單元的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面的延伸面重疊；第二介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第一側(cè)面與第一介質(zhì)單元的第三側(cè)面相對，第三介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第一側(cè)面與第四介質(zhì)單元的第三側(cè)面相對；第二介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第二側(cè)面相對或重合；第二介質(zhì)單元的第三側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第三側(cè)面面向隱身區(qū)域；
[0011]第一介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱為第一介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面與第一介質(zhì)單元的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面的相交線；第四介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱為第四介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面與第四介質(zhì)單元的的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面的相交線。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述第二介質(zhì)單元的折射率與第三介質(zhì)單元的折射率相同。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面重合時，所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面是與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面貼合在一起。
[0014]進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面重合時，所述第二介質(zhì)單元是與第三介質(zhì)單元一體成型。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述隱身器件置于透明的背景介質(zhì)中。
[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面相對時，以垂直于所述第一介質(zhì)單元的第一側(cè)面的方向由背景介質(zhì)向所述隱身器件入射的同一電磁波束，能夠順次經(jīng)過第一介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第二介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第三介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第四介質(zhì)單元出射到所述背景介質(zhì)中，且同一電磁波束在出射時和入射時在同一直線上。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面重合時，以垂直于所述第一介質(zhì)單元的第一側(cè)面的方向由背景介質(zhì)向所述隱身器件入射的同一電磁波束，能夠順次經(jīng)過第一介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第二介質(zhì)單元、第三介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第四介質(zhì)單元出射到所述背景介質(zhì)中，且同一電磁波束在出射時和入射時在同一直線上。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明還滿足以下式(I)至式(16)所示的關(guān)系:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種電磁波隱身器件，其特征是:它包括一個第一介質(zhì)單元、一個第二介質(zhì)單元、一個第三介質(zhì)單元和一個第四介質(zhì)單元，所述第一介質(zhì)單元、第二介質(zhì)單元、第三介質(zhì)單元和第四介質(zhì)單元對入射的電磁波是透明且是各向同性的，第一介質(zhì)單元和第四介質(zhì)單元為橫截面呈直角三角形的柱體，第二介質(zhì)單元和第三介質(zhì)單元為橫截面呈三角形的柱體； 第二介質(zhì)單元和第三介質(zhì)單元位于第一介質(zhì)單元和第四介質(zhì)單元之間，第一介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱與第二介質(zhì)單元的第一側(cè)棱重疊，第三介質(zhì)單元的第一側(cè)棱與第四介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱重疊；第一介質(zhì)單元的上底面的第一直角邊所在的第一側(cè)面與第四介質(zhì)單元的上底面的第一直角邊所在的第一側(cè)面平行；第一介質(zhì)單元的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面與第四介質(zhì)單元的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面的延伸面重疊；第二介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第一側(cè)面與第一介質(zhì)單元的第三側(cè)面相對，第三介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第一側(cè)面與第四介質(zhì)單元的第三側(cè)面相對；第二介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第一側(cè)棱所在的第二側(cè)面相對或重合；第二介質(zhì)單元的第三側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第三側(cè)面面向隱身區(qū)域； 第一介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱為第一介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面與第一介質(zhì)單元的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面的相交線；第四介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面的第一側(cè)棱為第四介質(zhì)單元的上底面的斜邊所在的第三側(cè)面與第四介質(zhì)單元的的上底面的第二直角邊所在的第二側(cè)面的相交線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:所述第二介質(zhì)單元的折射率與第三介質(zhì)單元 的折射率相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面重合時，所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面是與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面貼合在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面重合時，所述第二介質(zhì)單元是與第三介質(zhì)單元一體成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:所述隱身器件置于透明的背景介質(zhì)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面相對時，以垂直于所述第一介質(zhì)單元的第一側(cè)面的方向由背景介質(zhì)向所述隱身器件入射的同一電磁波束，能夠順次經(jīng)過第一介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第二介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第三介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第四介質(zhì)單元出射到所述背景介質(zhì)中，且同一電磁波束在出射時和入射時在同一直線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:在所述第二介質(zhì)單元的第二側(cè)面與第三介質(zhì)單元的第二側(cè)面重合時，以垂直于所述第一介質(zhì)單元的第一側(cè)面的方向由背景介質(zhì)向所述隱身器件入射的同一電磁波束，能夠順次經(jīng)過第一介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第二介質(zhì)單元、第三介質(zhì)單元、背景介質(zhì)、第四介質(zhì)單元出射到所述背景介質(zhì)中，且同一電磁波束在出射時和入射時在同一直線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:它還滿足以下式(I)至式(16)所示的關(guān)系:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:還包括第五介質(zhì)單元和第六介質(zhì)單元，所述第五介質(zhì)單元和第六介質(zhì)單元對入射電磁波是透明的，第五介質(zhì)單元和第六介質(zhì)單元為橫截面為矩形的柱體，第五介質(zhì)單元的第一側(cè)面與第一介質(zhì)單元的第一側(cè)面重合，第六介質(zhì)單元的第一側(cè)面與第四介質(zhì)單元的第一側(cè)面重合；電磁波由背景介質(zhì)入射到第五介質(zhì)單元的第一側(cè)面相對的第二側(cè)面，并從第五介質(zhì)單元的第一側(cè)面出射后入射到第一介質(zhì)單元的第一側(cè)面；電磁波由第四介質(zhì)單元的第一側(cè)面出射后入射到第六介質(zhì)單元的第一側(cè)面，并從第六介質(zhì)單元的第一側(cè)面相對的第二側(cè)面出射到背景介質(zhì)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:所述第五介質(zhì)單元的折射率與第一介質(zhì)單元的折射率相同，第六介質(zhì)單元的折射率與第四介質(zhì)單元的折射率相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種電磁波隱身器件，其特征是:所述第五介質(zhì)單元和第一介質(zhì)單元一體成型，所述第六 介質(zhì)單元和第四介質(zhì)單元一體成型。
【文檔編號】G02B27/00GK103901614SQ201310470422
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月3日
【發(fā)明者】鄭斌, 陳紅勝, 蔣昱昱, 王作佳, 沈煉, 王華萍, 張柏樂 申請人:浙江大學(xué)