[实用新型]柱状电磁波隐身器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种柱状电磁波隐身器件，属于电磁波隐身领域。

背景技术

电磁波隐身一直是人类长期以来的一种梦想，但是一直没有得以实现。电磁波是指由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以周期波动的形式进行能量和动量传递的一种波。电磁波谱包括电磁辐射所有可能的频率，电磁波谱频率从低到高分別列为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。电磁波谱是无限的，而且是连续的。一般地，电磁波照射到物体上时，不能完全地传播到物体后面，而会在物体上发生散射，因此电磁波照射在物体上时会在物体的后面产生阴影，物体后面的处在阴影区域中的背景就被物体挡住而不能被探测到。理想的电磁波隐身技术，可以使电磁波绕过被隐身的物体，并在物体的另一边按照原来的路径出射，从而使物体的后面不产生任何阴影，物体后面的背景或者其他物体也不会被前面的物体挡住。这种情况下，电磁波没有照射到物体上，相当于物体不存在，也即物体得到了完美的隐身。

目前已有的隐身技术，比如隐形飞机等采用的隐身技术，并不是消除飞机在雷达波照射下的阴影，而是通过在物体表面涂抹能吸收雷达波的材料让反射回去的电磁波达到最小，来防止飞机被雷达发现，从而实现隐形。这种技术不是真正的隐身，这种技术主要工作在微波波段，且只能对单基站雷达隐身，而不能对双基站雷达隐身，因此很容易就被双基站雷达发现。在光波段，现有的隐身技术主要还是军事迷彩等，然而，随着背景环境的改变，这种技术将不再具有隐身效果，因此这只是一种伪装技术，而不是真正地从视线中消失。另有一种隐身装置，它通过摄像头和显示屏，将一侧的物体拍下后显示在另一侧，但它的效果受图像的质量的影响，而且需要额外的能量，并且外面的摄像头、电源连线等装置都是可以看到的，这种方法也不是真正的隐身。还有一种方式，通过光纤，将光线从一侧引导到另一侧，从而绕过中间的物体，但这样的装置对光纤的工艺要求较高，并且需要数量庞大的光纤，而且只能实现一个方向上的隐身。因此，这些隐身方法都不是一般人所理解的理想的隐身方法，所谓的“理想的隐身方法”，是指可以使电磁波绕过被隐身的物体，并在物体的另一边按照原来的路径出射，电磁波不会被物体挡住，从而使物体后面不会呈现出阴影区域的隐身技术。

Pendry等在2006年的Science期刊[Science312,1780(2006)]上发表文章提出了一种理想的隐身技术方法。他们通过变换光学的方法，设计出介电常数和磁导率参数随空间变化的隐身器件，并在微波波段进行了实验验证。在实验验证中，他们采用一种异向介质（Metamaterial）材料来实现：采用金属图案阵列构造出等效介电常数和等效磁导率参数随空间变化的、具有各向异性特性的介质，并使这些等效介质在柱坐标系中按照一定要求放置，来实现圆柱形的隐身器件。但是这种采用金属图案阵列构造隐身器件的方法，构造方法比较复杂，并且由于金属在光频段的损耗很大，以及尺度变小后加工困难，上述方法基本上只能用于微波或远红外频段。在Pendry等人的实验验证中，他们采用了很多近似，因此实际中他们的隐身器件使物体的散射截面只减少了24%，还没有达到完全隐身的效果。虽然Pendry等实现的隐身器件没有完全消除物体在电磁波照射下的阴影，但是由于这种隐身器件使物体后面的阴影得到了一定程度的减少，因此可以说是一种行之有效的隐身器件。在实际工程中，由于非理想情况的存在，隐身器件事实上很难完全地除掉物体的阴影。当电磁波照射到有隐身器件的物体和没有隐身器件的物体时，在物体的后面垂直于入射方向的平面上，存在隐身器件时物体产生的阴影面积小于没有隐身器件时物体产生的阴影面积，也即隐身器件可以使物体在电磁波照射时在物体的后面所产生的阴影面积减少。在这种情况下，由于这种隐身器件也达到了一定程度的隐身效果，因此也被认为是一种行之有效的隐身器件。一般的，科学家通过计算物体在电磁波照射下后面阴影的减少量来定量地评价这些隐身器件的隐身效果。

由于Pendry等提出的隐身器件设计方法要求所用材料的电磁参数随空间变化，并且要求材料的电磁参数遍历0到无穷大的区间内所有的值，对材料的要求非常苛刻，实现起来很困难，价格昂贵，同时这种材料由于色散很剧烈，只能工作在很窄的一个频率区间，而且采用这种方法实现的隐身器件只对特定极化的电磁波有效，不能实现对任意极化的电磁波的隐身，因此在实际应用中有很大的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柱状电磁波隐身器件，从而克服现有技术的全部或部分缺陷。