[发明专利]一种组合式电磁隐身装置

权利要求书

1.一种组合式电磁隐身装置，其特征在于：包括从圆柱体互补介质隐身斗篷上截取的部分核心区域1b和部分互补介质区域2b组成的横截面为扇形的扇形柱，该扇形柱的横截面为夹角2θ的扇形，该扇形柱的弯曲弧面为圆柱体互补介质隐身斗篷的侧面的一部分；所述组合式电磁隐身装置由1a，1b，1c三个核心区域和2a、2b、2c三个互补介质区域组成，所述1a核心区域和1c核心区域是横截面为三角形的三棱柱，且1a和1c的几何尺寸相同；

所述1a核心区域和1c核心区域对应相同的一个侧面分别与1b核心区域扇形柱的两侧面相接，且1a的角1和1c的角2与1b的2θ三个角的角度和为180°；所述2a互补介质区域和2c互补介质区域是横截面为三角形的三棱柱，且2a和2c的几何尺寸相同，2b互补介质区域为横截面是部分圆环的柱体，该环所对应的圆心角为2θ，环的内弧与1b核心区域扇形的弧相同且相接；

所述2a互补介质区域和2c互补介质区域对应相同的一个侧面分别与2b互补介质区域的两个平面侧面相接，且2a的AD边对应的侧面和1a的AD边对应侧面相接，2c的A’D’侧面与和1c的A’D’侧面相接；2a截面的BD边与1a截面的OD边垂直；2c截面的B’D’边与1c截面的OD’边垂直；

1a核心区域与2a互补介质区域拼接后组成了一个横截面为直角三角形的棱柱，同样1c核心区域与2c互补介质区域拼接后也组成了一个横截面为直角三角形的棱柱，由于1a与2a、1c与2c分别具有相同的几何尺寸，故其用相同的方式组合后的结构也具有相同的几何尺寸；1b核心区域与2b互补介质区域组合成一个中心角为2θ的扇形柱，1b核心区域的弧面与2b互补介质区域的内弧面重合拼接；

所述组合式电磁隐身装置的横截面由三条直线段和一条圆弧线所围成。

2.如权利要求1所述的一种组合式电磁隐身装置，其特征在于：所述的各个核心区域以及互补介质区域的材料由六个具有不同材料参数的，具有各向异性性质的超颖材料制成，所述组合式电磁隐身装置沿轴线方向上具有相同的材料参数。

3.如权利要求2所述的一种组合式电磁隐身装置，其特征在于：所述的各个核心区域以及互补介质区域具体的材料参数利用坐标变换的原理计算得到，对于1b核心区域与2b互补介质区域，在极坐标系下表示其坐标变换，对于1a、1c核心区域以及2a、2c互补介质区域，均在直角坐标系下表示；

上述任一区域的材料参数可以用如下式(1)和式(2)求得：

ε′＝ΛεΛ^T/det(Λ)   (1)

μ′＝ΛμΛ^T/det(Λ)   (2)

其中ε和μ是介质空间的介电常数和磁导率，ε’和μ’是所计算区域的介电常数和磁导率，Λ是雅克比矩阵，如式(3)所示：

Λij=∂p′i/∂pj---(3)]]>

其中p’是变换后的坐标系，p是原空间的坐标系；

若知道坐标变化先后所对应区域之间的坐标变换方程，利用式(3)可以求得雅克比矩阵，将雅克比矩阵代入式(1)和式(2)就可以计算得到对应区域的介电常数和磁导率；

1a核心区域材料参数的具体计算过程：

设区域4a压缩到1a的变换在直角坐标系下的坐标变换方程表示为：

x′＝ax+by+c

y′＝dx+ey+f

对于这样三角形的压缩变换，可以看做将原空间的三个点O、A、D映射到三个点O、C、D，将对应变换的几个点的坐标带入上式中，即可求出对应的待定系数a、b、c、d、e和f；

再由雅克比矩阵的计算公式计算得到其对应的雅克比矩阵，带入下面公式坐标变化后区域的材料计算公式：

ε′＝ΛεΛ^T/det(Λ)

μ′＝ΛμΛ^T/det(Λ)

即可求得1a区域的相对介电常数和相对磁导率：

材料的介电常数、磁导率与相对介电常数和相对磁导率的关系如下：

ε′＝ε′_r相对·ε₀，μ′＝μ′_r相对·μ₀

其中Λ是雅克比矩阵，p’是变换后的坐标系，p是原空间的坐标系，ε₀和μ₀分别是空气的介电常数与磁导率，ε₀＝1/(36·π)·10^-9(法拉/米)，μ₀＝4·π·10^-7(亨利/米)；

2a互补介质区域材料参数的具体计算过程：

假设3a空气区域到2a互补介质的折叠变换的坐标变换方程表示为：

x′＝ax+by+c

y′＝dx+ey+f

对这样的两个三角形区域之间的变换，实际上可以看做是将点C,B和D分别映射到另外三个点A,B和D，将这些映射点带入上述坐标变换方程，求出对应待定系数a、b、c、d、e和f。即可得到相应的雅克比矩阵，区域2a的相对介电常数和相对磁导率求得为：

再由ε′＝ε′_r相对·ε₀，μ′＝μ′_r相对·μ₀即可得到区域2a的具体材料参数；

1b核心区域材料参数的具体计算过程：

1b区域是截取的现有的圆柱形互补隐身装置的一部分，它的材料参数与圆柱形互补隐身装置材料参数相同，其坐标变换公式在圆柱坐标系下表示为：

r=RcRar′′]]>

θ＝θ

z＝z

利用类似1a，2a区域的计算过程，1b区域的相对介电常数和相对磁导率表示为：

ε_r相对＝μ_r相对＝1

ε_θ相对＝μ_θ相对＝1

ε_z相对＝μ_z相对＝(Rc/Ra)²

再由ε′＝ε′_r相对·ε₀，μ′＝μ′_r相对·μ₀即可得到区域1b的具体材料参数；

2b互补介质区域材料参数的具体计算过程：

对外部空气区域3b到2b互补介质区域的折叠变换，设其在极坐标下的坐标变换满足如下式方程：

r＝kr′+m

θ＝θ′

z＝z′

其中k和m是待定系数，可以求得：

相应的，可以求得2b区域的相对介电常数和相对磁导率为：

由ε′＝ε′_r相对·ε₀，μ′＝μ′_r相对·μ₀可得到区域2b的具体材料参数；

1c核心区域和2c互补介质区域的介电常数与磁导率计算方法分别与1a和2a相同；

将金属细线阵列和开路环谐振器阵列有规律地结合起来，即可构造出等效的所需ε和μ的人工超颖材料。

4.如权利要求1所述的一种组合式电磁隐身装置，其特征在于：所述组合式电磁隐身装置的工作电磁波的波长与装置尺寸相近。