动态调控电磁隐身表面

为了实现电磁辐射的有效屏蔽,同时保持高质量的信号传输,提出一种利用超材料结构抑制高频柔性传输线电磁辐射的低反射型方案. 整体结构由传输线、介质间隔层和超材料屏蔽层组成,介质部分均使用柔性材料. 利用超材料对电磁波的调控与吸收能力和小型化的特点,降低辐射波的反射分量,减小对传输性能的影响,并保证传输线的灵活性. 仿真结果表明,工作频带为23.10~28.30 GHz的超材料结构对于分段共面波导传输线可实现平均10.10 dB的屏蔽效能,并在23.49~30.96 GHz和32.98~38.00 GHz保持工作带宽,与实测结果基本一致. 所提出的传输线电磁辐射屏蔽方案具有柔性、小型化和低反射的特点,给柔性电子设备的电磁兼容设计提供了新的可能.

     

基于超表面的超薄隐身器件

隐身是人类自古以来的美妙幻想和愿望。近年来,随着人工微结构超构材料领域的不断发展,隐身具备了坚实的科学理论基础和实现条件。早期的隐身设计大多数是基于变换光学原理,科学家们利用超构材料实现了渐变的折射率并在多个频段实现了隐身现象。然而,变换光学隐身器件通常具有较大的尺寸且不易制备,这极大地限制了隐身器件的应用和发展。近年来,超表面作为超构材料的二维对应物,由于其轻薄特性、制备容易、以及强大的电磁波调控能力吸引了人们广泛的关注和研究兴趣。利用超表面实现的超薄隐身器件有望解除传统隐身器件对大尺寸和极端参数材料的依赖,进一步推动了隐身领域的发展,并使隐身器件迈向实际应用。文中对近年来基于超表面的超薄隐身器件的相关研究进行了简要的回顾,着重介绍了其隐身原理,实现方法以及优劣势,最后对领域发展前景和方向提出了一些建议。     

电磁超表面与信息超表面

电磁超材料和超表面是物理、信息与材料领域的热点与前沿,带来了许多新奇的物理现象和突破性的应用. 信息超表面作为近些年来新兴的研究方向,通过数字编码的方式来调控电磁波,构建了由物理世界通往数字世界的桥梁. 本文首先全面总结了电磁超材料与超表面的起源与发展历程;其次重点介绍了可调超表面与可重构超表面、时空调制超表面与器件的发展现状;接着系统介绍了数字编码与可编程信息超表面的基本概念和主要应用,讨论了信息超表面存在的挑战与未来展望;最后简要对电磁超表面和信息超表面的发展趋势进行了总结.     

隐身目标的P 波段电磁散射特性仿真研究

介绍了敌方隐身目标的威胁、P 波段反隐身的基本原理及该频段电磁散射特性的研究现状,分析了基于快速多极子技术的全波数值仿真方法在隐身目标散射特性精确求解中的独特作用;阐释了基于快速多极子技术的全波数值仿真方案实施的矩量法原理、快速多极子技术、预处理算法及高效迭代求解技术,通过与标准体的测量结果对比,验证了仿真方案的可靠性及精度;利用文中提出的仿真框架对几种典型的隐身目标进行数值仿真,讨论了隐身目标在P 波段的电磁散射特性。     

数字编码超表面:迈向电磁功能的可编程与智能调控

数字编码超表面是超材料与超表面领域的重要研究分支。通过数字编码方法替代等效媒质理论来表征超表面,不仅有效简化了超表面设计,而且建立了数字信息与超材料物理的联系。该文系统梳理数字编码超表面的发展历程,重点介绍其在可编程与智能电磁调控领域的最新研究进展。首先,详细介绍数字编码超表面的基本概念以及基于数字编码超表面的信息论研究;然后,具体介绍可编程超表面的工作原理和实现方式以及可编程超表面的不同研究方向,包括辐射式可编程超表面、多维度可编程超表面、时域数字编码超表面与新体制通信系统;接着,介绍智能超表面的最新研究进展,展示其环境感知与自适应电磁调控能力;最后,对超表面的未来发展进行讨论与展望。      

电磁隐身斗篷奇异性问题的处理与分析

在构建理想电磁隐身斗篷/隐身罩的过程中,扩展式映射方法将不可避免地引入内边界媒质参数极值这个奇异性问题,严重影响了隐身器件的实际可实现性和工作频带宽度.针对上述的奇异性问题,总结归纳了三类不同的处理方法.重点分析了第二类渐变维度扩展法,给出了详细的参数图表说明并通过数值仿真验证了该方法的可行性.     

隐身雷达罩技术研究进展综述

雷达罩作为飞行器的结构/透波功能一体化部件,其隐身要求具有很大的技术挑战性。雷达罩的隐身设计与实现必须保证雷达天线工作频带内的透波功能,实现雷达罩透波/隐身的一体化功能。隐身雷达罩是航空武器装备实现隐身性能的关键部件,对于降低飞行器头向RCS值、提高飞行器的综合性能和作战效能具有举足轻重的作用。文中分析了雷达罩的散射特点,综述了各种雷达罩隐身措施的具体途径及优缺点,重点阐述了频率选择表面技术、电磁带隙、等离子体隐身技术及超材料等技术的特点、实现隐身的作用机理及在隐身雷达罩中的应用,指出了未来发展的趋势。     

任意形状隐身斗篷和电磁旋转器的研究

以无限长超材料任意形状壳为理论模型,研究超材料这种新型人工复合材料。在变换光学中,空间变换可以被认为是材料的变形,变换空间的介电常数和磁导率张量是材料的变形场得到的。通过数值求解拉普拉斯方程,根据光学变换理论,可以获得超材料的材料参数。利用全波仿真的方法仿真二维任意形状的隐身衣,电磁旋转器和集中器。当斗篷的介电常数和磁导率满足理论值时,隐身衣和电磁旋转器表现出完美的隐身和电磁旋转等特性。     

电磁超表面在隐身技术中的应用研究进展

电磁超表面能够利用散射调控和电磁波吸收2种主要机理进行隐身是隐身技术中一种极具潜力的新型技术途径。对电磁超表面在隐身技术中的应用与研究进展进行综述,首先介绍了超表面散射调控机理进行隐身设计的基本原理与实现方法,介绍了相位梯度超表面、编码超表面和超表面隐身套的发展历程和研究成果;其次介绍了基于吸波机理的超表面隐身技术研究进展,包括完美吸波结构、多频带吸波结构、宽频带吸波结构、宽角域吸波结构;再次介绍了超表面雷达隐身与其他功能的复合设计研究,包括超表面隐身强度复合设计、超表面吸波透波散射一体化、雷达红外兼容隐身等内容;最后总结了一些超表面在隐身技术应用中存在的问题和未来的研究方向。     

电磁计算在飞机隐身设计中的应用及未来需求

随着飞机隐身技术的发展,对电磁计算提出了更高的要求,文中分析了国内外技术基础,梳理了电磁计算在飞机雷达隐身设计中的切入点和应用点,阐述了设计过程中利用电磁仿真手段重点开展的分析研究内容.在此基础上,分析了目前电磁计算在飞机隐身设计领域存在的技术难点以及未来技术需求,并结合飞机研制工程经验,指出未来电磁计算将重点突破超电大尺寸目标快速计算、隐身结构材料仿真等问题.     

动态可调的太赫兹超构表面

近年来,采用人工设计金属阵列的超构表面以实现对太赫兹波的调制受到越来越广泛的关注。设计了2种互补的亚波长金结构阵列超构表面,正、反结构2个超构表面对太赫兹波均有共振响应。利用光泵浦太赫兹时域透射光谱系统,通过控制泵浦光实现对太赫兹波的谱调制。仅需28 mW的外加泵浦光,反结构超构表面在0.91 THz处的振幅调制深度可达到95%。利用该反结构超构表面对太赫兹波的开关作用,进一步设计了太赫兹振幅全息图,希望利用该结构实现太赫兹波前的动态调控。初步的理论模拟验证了这一方法的可行性,可较好地实现对太赫兹波的动态调控。     

利用电磁蜘蛛网发现隐形飞机研究

笔者在调试中发现利用4组电子设备构成的电磁蜘蛛网可以侦探飞机的走向。设备由主机,30米、300米、3 000米3组发射器和3组接收器电路及外环电路组成。由电子指南针与土地电设备共同组成的简单电磁蜘蛛网不需要深入地球内部深处就能了解相应电磁场变化。不但可以预报地震,而且实际中发现有可能侦探隐形飞机,其电路控制系统简单。     

基于频率选择表面的双大气窗口红外隐身研究

为实现双大气窗口红外隐身,提出了一种新型双阻带频率选择表面(FSS).该结构由三层材料组成:金属四个多路交叉十字型谐振器、金属井字型结构、中间由介质层隔开.仿真结果表明,对于垂直入射波,所提出的双阻带FSS在两个大气窗(3. 0～5. 0μm和8. 0～14. 0μm)内具有较高的反射率,并且透射率被抑制到0. 1以下.研究了入射角、周期大小及介质厚度等对反射率和透射率的影响.在φ=0°时,TE和TM波在的宽入射角θ范围内均显示出良好的传输稳定性.通过FSS在谐振频点的电场及表面电流的分析结果发现,3. 0～5. 0μm的反射是由于电谐振引起的而8. 0～14. 0μm的高反射是由于电谐振与磁谐振共同引起的.     

Optimal design of a tunable electromagnetic shunt damper for dynamic vibration absorber

Dynamic vibration absorber (DVA) is an effective device for suppressing resonant vibration of noisy machineries and structures. However, the optimum design of DVA requires precise tuning of the damping force in the DVA, which unfortunately is often not practical and prone to changes of working conditions. In this paper, a tunable electromagnetic shunt damper (EMSD) with different opposing magnet pairs configurations is tested for the optimum design of DVA. The optimum magnet pairs configuration is derived to provide the maximum damping force in the DVA. Both simulations and experiments are conducted to verify the damping coefficient variation with the number of magnet pairs in the EMSD. The experimental optimization procedure of the DVA is designed according to the fixed-points theory. The damping force generated by the EMSD can be readily adjusted by varying the external resistance of the EMSD. This is the first experimental implementation report of the optimization procedure described in the fixed-points theory. The proposed tunable EMSD can conveniently allow for onsite optimal tuning of DVA. The proposed design methodology provides fine tuning of the damping coefficient of EMSD to achieve robust optimal DVA performance, even when subject to changes of external parasitic damping.     

基于人工表面等离激元的隐身材料与结构研究进展

面对未来战争陆、海、空、天、网、电“多域融合”的作战模式,新一代武器装备将强调拥有更高的隐身能力以增强其突防能力和生存能力,对隐身材料与结构提出了迫切的应用需求,亟需探索隐身新机理、开发高性能隐身材料与结构。人工表面等离激元(spoof surface plasmon polaritons,SSPP)是电子振荡与电磁振荡强烈耦合产生的一种混合模式,具有波长短、色散强等特点,在隐身、电子对抗等领域具有极为重要的军事应用价值。近年来,SSPP理论与耦合结构设计方法等快速发展,推动了SSPP在隐身技术中的应用研究。着眼于SSPP最新研究进展,结合SSPP色散特性,着重介绍了SSPP在波形畸变、吸波结构、隐身天线罩和隐身天线中的应用,最后对SSPP在隐身技术中的应用及发展趋势进行了展望。     

Waveguide and free-space demonstration of tunable frequency selective surface

A tunable frequency selective surface is presented and experimentally characterised over the 1.6-2.6 GHz frequency band within a rectangular waveguide and in free space. A tunability of about 6% in the waveguide and in free space is demonstrated using commercially available, low-cost, surface-mount radio frequency varactor diodes.     

Beam steering microwave reflector based on electrically tunable impedance surface

A periodic resonant texture can transform a conductive sheet into a high-impedance surface. By adjusting the resonance frequency using varactor diodes, the surface impedance and the reflection phase are tuned. The reflection phase can be varied across the surface, to create an electronically tunable phase gradient, which can steer a reflected beam in two dimensions.     

A tunable impedance surface performing as a reconfigurable beamsteering reflector

We describe a reconfigurable microwave surface that performs as a new kind of beam steering reflector. The surface is textured with an array of tiny resonators, which provide a frequency-dependent surface impedance. By tuning the individual resonators, the surface impedance, and thus the reflection coefficient phase, can be varied as a function of position across the reflector. Using a reflection phase gradient, the surface can steer a reflected beam. As an example, we have built a simple mechanically tuned surface in which physical motion of only 1/100 wavelength generates a sufficient phase gradient to steer a reflected beam by ±16 degrees. To steer to greater angles, the surface can be configured as an artificial microwave grating, capable of ±38 degrees of beam steering. The concept of the tunable impedance surface demonstrated here can be extended to electrically controlled structures, which would permit more elaborate reflection phase patterns, and provide more capabilities, such as the ability to focus or steer multiple beams     

Ultrahigh-frequency surface electromagnetic waves in an open waveguide

An experiment in which guided propagation of surface electromagnetic waves (SEWs) on a free curved metal-dielectric interface was observed in the ultrahigh-frequency band (at frequencies of 850 and 1200 MHz) is described. The data on signal propagation over various paths and under various propagation conditions is presented. It has been found that the decrease of the wave field with increasing distance from the source follows the exponential law.