一种电磁波隐身装置及制备方法

本发明涉及电磁波隐身，尤其涉及一种电磁波隐身装置及制备方法。

背景技术：

1、电磁波隐身技术一直是军事和民用领域研究的热点，其核心目标在于降低被隐身物体的可探测性，从而实现对敌方探测设备的规避或是提升民用设备的保密性。随着科技的不断发展，电磁波隐身技术也经历了多个阶段的演进，但仍然存在诸多挑战和局限性。

2、传统的电磁波隐身方法主要包括吸波或定向散射隐身、使物体在被观测者看来是透明的以及拟态隐身。这些方法虽然在一定程度上能够实现隐身效果，但各自都存在明显的不足。吸波或定向散射隐身技术通过吸收电磁波或调节物体的雷达散射截面来降低探测器所接收的散射能量，在空间中无背景场，或背景场不作为测量对象而被忽略时，该方法具有一定的效果，但在复杂背景下，隐身效果可能会大打折扣，甚至可能因背景信息的干扰而加速暴露。

3、使物体在被观测者看来透明的隐身方法则是通过抑制物体的散射，实现探测波在任意方向均不散射也不吸收。这种物理意义上的完美隐身虽然极具吸引力，但对材料的电磁参数要求极为苛刻，实际实现难度极大，难以在现实中广泛应用。

4、拟态隐身则是通过调节物体的散射光使其与背景环境相似，从而融入背景实现隐身。然而，这种方法的隐身效果严重依赖于特定的背景环境，一旦背景环境发生变化，隐身效果就会大打折扣，因此其应用场景相对有限。

5、综上所述，电磁波隐身技术的发展虽然取得了一定的成果，但仍面临诸多挑战，特别是在实现单向电磁波隐身和可调谐性方面的局限性。因此，有必要提出一种新的电磁波隐身装置。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供了一种电磁波隐身装置及制备方法，用于解决现有技术不能实现单向电磁波隐身，即对于特定方向入射电磁波的隐身，且一般不具有可调谐性的问题。

2、为了解决上述问题，本发明实施例提供一种电磁波隐身装置，该装置包括损耗超表面、增益超表面以及三维光子晶体，所述三维光子晶体呈长方体，所述损耗超表面和所述增益超表面相对设置在所述三维光子晶体的两面上；

3、所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳满足相反数关系；

4、所述三维光子晶体的能带带边位于电磁波频率范围内。

5、在本发明的一个实施例中，所述三维光子晶体由多个电介质球按立方晶格排布构成。

6、在本发明的一个实施例中，所述电介质球的半径r取值范围为0.01a–0.5a，其中a为立方晶格的晶格常数。

7、在本发明的一个实施例中，所述立方晶格的晶格常数a的取值范围为0.01mm-1m。

8、在本发明的一个实施例中，所述电介质球的相对介电常数εr取值范围为2–50。

9、在本发明的一个实施例中，所述损耗超表面和增益超表面的厚度均小于工作波长的百分之一，其中工作波长是指入射电磁波的波长。

10、在本发明的一个实施例中，所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳的绝对值大小为0.9y0-y0，其中y0为真空导纳，y0＝0.00265s，s为导纳的单位，西门子。

11、本发明实施例还提供了一种电磁波隐身装置制备方法，该方法包括：

12、构造三维光子晶体，使得所述三维光子晶体的能带带边位于电磁波频率范围内，其中所述三维光子晶体呈长方体；

13、制作损耗超表面和增益超表面，使得所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳满足相反数关系；

14、将制作完成的损耗超表面和增益超表面相对设置在所述三维光子晶体的两面上，完成电磁波隐身装置的制备。

15、在本发明的一个实施例中，所述构造三维光子晶体，使得所述三维光子晶体的能带带边位于电磁波频率范围内，其中所述三维光子晶体呈长方体的方法为：

16、将多个电介质球按立方晶格排布，得到呈长方体的三维光子晶体，同时使得所述三维光子晶体的能带带边位于电磁波频率范围内，所述电介质球的半径r取值范围为0.01a–0.5a，所述电介质球的相对介电常数εr取值范围为2–50，其中a为立方晶格的晶格常数，取值范围为0.01mm-1m。

17、在本发明的一个实施例中，所述制作损耗超表面和增益超表面，使得所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳满足相反数关系的方法为：

18、制作损耗超表面和增益超表面，使得所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳满足相反数关系，同时损耗超表面和增益超表面的厚度均小于工作波长的百分之一，其中工作波长是指入射电磁波的波长，所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳的绝对值大小为0.9y0-y0，其中y0为真空导纳，y0＝0.00265s，s为导纳的单位，西门子。

19、从以上技术方案可以看出，本发明申请具有以下有益效果：

20、本发明实施例提供了一种电磁波隐身装置及制备方法，本发明装置对于置于三维光子晶体中心的物体，可以实现电磁波隐身，该隐身效果与被隐身物体的材质无关。本发明装置的隐身效果具有单向性，即只对从损耗超表面一侧入射的电磁波具有隐身特性，此时电磁波反射约为0，透射率接近1，且出射波保持平直的波前面。本发明装置的隐身电磁波频率具有可调谐性，能够适应不同环境和需求的变化，通过改变三维光子晶体的结构尺寸，可以改变隐身电磁波的频率。

技术特征：

1.一种电磁波隐身装置，其特征在于，包括损耗超表面、增益超表面以及三维光子晶体，所述三维光子晶体呈长方体，所述损耗超表面和所述增益超表面相对设置在所述三维光子晶体的两面上；

2.根据权利要求1所述的电磁波隐身装置，其特征在于，所述三维光子晶体由多个电介质球按立方晶格排布构成。

3.根据权利要求2所述的电磁波隐身装置，其特征在于，所述电介质球的半径r取值范围为0.01a–0.5a，其中a为立方晶格的晶格常数。

4.根据权利要求3所述的电磁波隐身装置，其特征在于，所述立方晶格的晶格常数a的取值范围为0.01mm-1m。

5.根据权利要求2所述的电磁波隐身装置，其特征在于，所述电介质球的相对介电常数εr取值范围为2–50。

6.根据权利要求1所述的电磁波隐身装置，其特征在于，所述损耗超表面和增益超表面的厚度均小于工作波长的百分之一，其中工作波长是指入射电磁波的波长。

7.根据权利要求1所述的电磁波隐身装置，其特征在于，所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳的绝对值大小为0.9y0-y0，其中y0为真空导纳，y0＝0.00265s，s为导纳的单位，西门子。

8.一种电磁波隐身装置制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的电磁波隐身装置制备方法，其特征在于，所述构造三维光子晶体，使得所述三维光子晶体的能带带边位于电磁波频率范围内，其中所述三维光子晶体呈长方体的方法为：

10.根据权利要求8所述的电磁波隐身装置制备方法，其特征在于，所述制作损耗超表面和增益超表面，使得所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳满足相反数关系的方法为：

技术总结
本发明提供一种电磁波隐身装置及制备方法，涉及电磁波隐身技术领域，该装置包括损耗超表面、增益超表面以及三维光子晶体，所述三维光子晶体呈长方体，所述损耗超表面和所述增益超表面相对设置在所述三维光子晶体的两面上；所述损耗超表面和所述增益超表面的表面导纳满足相反数关系；所述三维光子晶体的能带带边位于电磁波频率范围内。本发明装置的隐身效果具有单向性，即只对从损耗超表面一侧入射的电磁波具有隐身特性。本发明装置的隐身电磁波频率具有可调谐性，能够适应不同环境和需求的变化，通过改变三维光子晶体的结构尺寸，可以改变隐身电磁波的频率。

技术研发人员：曹芳,高雷
受保护的技术使用者：苏州城市学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12