针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件及制造方法技术

本发明专利技术公开了针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件及制造方法，每一折射单元包括第一A介质区和第二A介质区和第一B介质区；A介质和B介质各向同性且声波和电磁波均可穿透，并且满足方程(1)和(2)：c2/c1＝n1/n2(1)n1>n2(2)；当超声波和电磁波垂直于横向一侧的两折射单元的第一A介质区的外界面入射，经过第二A介质区和第一B介质区并避开隐身区域后，以相同的路径出射；基于折射定律设计的多物理场隐身器件及制造方法，大大降低隐身器件的设计复杂度。经过反复选择性计算，选择苯和水进行器件的功能化设计，克服单一物理场器件的功能化设计难以满足多变环境的多物理场需求的技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件及制造方法


[0001]本专利技术涉及隐身领域，尤其涉及一种针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，同时适用于同时躲避超声波和电磁波的探测。
技术背景
[0002]隐身器件用于使被测目标物体躲避仪器的探测，其基本原理是减少被测目标物体在超声波、电磁波等不同物理场中的散射或辐射特性的差异。无论是超声波探测器还是电磁波探测器，都是利用超声波或电磁波发射，通过被测物体的反射、回波信号，由此获得目标至发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。因此，在降低散射或辐射特性过程中，最重要的一个测量参数就是降低目标的反射，从而达到隐蔽目标或降低目标的可探测特性的目的。
[0003]目前，包括隐身器件在内的针对声波和电磁波器件的功能化设计，大多局限于单一物理场，也即现有技术中的隐身器件只适用于单一物理场，难以满足多变环境对器件的需求。例如，授权公告号为CN102436022B的专利技术专利公开了一种利用各向异性介质构造的正方形柱状光波段隐身器件，通过各向异性介质控制光线的传播方向，使其绕过中间的空腔，具有四个方向的隐身效果，但仅适用于可见光波段；而授权公告号为CN103901614B的专利技术专利公开了一种电磁波隐身器件，包含四个对入射的电磁波是透明且各向同性的介质单元，但仅适用于电磁波段。
[0004]产生上述技术问题的根本原因在于，不同物理场下的功能性器件的设计需要考虑的材料参数完全不同，例如，材料密度和体积模量是设计声波器件主要考虑的材料参数，而介电常数和磁导率是设计电磁器件需要考虑的材料参数。
[0005]在其他
中，例如，声学或电磁学黑洞、声学或电磁学隐身衣、声学或光学超透镜等领域，传统的方法多倾向于Pendry教授提出的坐标变换(变换声学和变换光学)，从而得到满足相应器件的材料参数。然而，如前所述，不同物理场下材料参数表征的含义完全不同，若要实现针对声波和电磁波的多物理场隐身器件，需要同时考虑材料密度、体积模量、介电常数和磁导率，再加上基于Pendry教授提出的坐标变换的材料参数十分苛刻，相关参数各向异性且随空间变化，将会使得多物理场隐身器件的单元结构相当复杂，单元结构的微小变化即会导致其宏观响应的变化，改变其本身的结构功能，实现起来极为困难。

技术实现思路

[0006]基于现有技术中的隐身器件仅适用于单一物理场，而基于Pendry教授提出的坐标变换来实现多物理场隐身器件需要同时考虑多个各向异性且随空间变化的材料参数，使得隐身器件的单元结构相当复杂，实现极为困难，本专利技术提供一种基于折射定律设计的针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件及制造方法，大大降低隐身器件的设计复杂度。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，包括第一对称轴纵向对称且沿第二对称轴横向对称地分布的四个折射单元，四
个折射单元中间形成一隐身区域；
[0008]所述折射单元包括填充有A介质的第一A介质区和第二A介质区，且横向相对的两折射单元的第一A介质区的外界面相互平行；
[0009]第一A介质区的横向方向上的外界面和内界面于靠近所述第一对称轴的方向呈锐角设置；
[0010]第二A介质区的横向方向上的外界面和内界面,以及第一A介质区的内界面和第二A介质区的外界面，于远离所述第一对称轴的方向呈锐角设置；
[0011]所述每一折射单元的第一A介质区和第二A介质区，以及横向相对的两第二A介质区之间具有间隔区域，所述间隔区域为填充有B介质的第一B介质区；
[0012]所述A介质和B介质各向同性且声波和电磁波均可穿透，并且满足方程(1)和(2)：
[0013]c2/c1＝n1/n2ꢀꢀ
(1)
[0014]n1>n2ꢀꢀ
(2)
[0015]其中，c1和c2分别表示超声波在A介质和B介质内传播的声速，n1和n2分别表示A介质和B介质折射率；
[0016]从而，当超声波和电磁波垂直于横向一侧的两折射单元的第一A介质区的外界面入射，经过第二A介质区和第一B介质区并避开所述隐身区域后，从横向另一侧的两折射单元的第一A介质区的外界面以相同的路径出射。
[0017]本专利技术解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述A介质和B介质为液体或者气体。
[0018]本专利技术解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述A介质为苯，所述B介质为水。
[0019]本专利技术解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：四个折射单元的第一A介质区相互连通形成一个整体区域，每一第一A介质区的横截面包括相交呈直角的横向矩形和纵向矩形；
[0020]横向一侧的两折射单元的纵向矩形相连，纵向一侧的两折射单元的横向矩形相连，进而使得四个折射单元形成一长方形环；
[0021]所述第一A介质区的横截面还包括位于所述长方形环的各内角上的等腰直角三角形；
[0022]横向一侧的两折射单元的等腰直角三角形的第一顶点相连，纵向一侧的两折射单元的等腰直角三角形的第二顶点相互远离；
[0023]四个折射单元的第二A介质区相互独立，每一第二A介质区的横截面为等腰三角形；
[0024]所述第二A介质区横向方向上的外界面和内界面所在的边为所述等腰三角形的腰。
[0025]本专利技术解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：不同介质之间通过透明壁相互隔离。
[0026]本专利技术解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：隐身器件满足方程(3)至方程(9)：
[0027]n1sinφ1＝n2sinφ2ꢀꢀ
(3)
[0028]n2sinφ3＝n1sinφ4ꢀꢀ
(4)
[0029]n1sinφ5＝n2sinφ6ꢀꢀ
(5)
[0030]φ1＝α
ꢀꢀ
(6)
[0031]φ2‑
φ3＝γ
ꢀꢀ
(7)
[0032]φ4+φ5＝β
ꢀꢀ
(8)
[0033]φ6＝β+γ
‑
α
ꢀꢀ
(9)
[0034]其中，φ1和φ2分别表示超声波和电磁波经过第一A介质区的内界面时在A介质和B介质中的折射角；
[0035]φ3和φ4分别表示超声波和电磁波经过第二A介质区的外界面时在B介质和A介质中的折射角；
[0036]φ5和φ6分别表示超声波和电磁波经过第二A介质区的内界面时在A介质和B介质中的折射角；
[0037]α表示第一A介质区的外界面与第一A介质区的内界面之间的夹角；
[0038]β表示第一A介质区的内界面与第二A介质区的外界面之间的夹角；
[0039]γ表示第二A介质区的外界面与第二A介质区的内界面之间的夹角。
[0040]本专利技术解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述第一A介质区的横截面中等腰直角三角形直角边长为1m；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，其特征在于：包括第一对称轴纵向对称且沿第二对称轴横向对称地分布的四个折射单元，四个折射单元中间形成一隐身区域；所述折射单元包括填充有A介质的第一A介质区和第二A介质区，且横向相对的两折射单元的第一A介质区的外界面相互平行；第一A介质区的横向方向上的外界面和内界面于靠近所述第一对称轴的方向呈锐角设置；第二A介质区的横向方向上的外界面和内界面,以及第一A介质区的内界面和第二A介质区的外界面，于远离所述第一对称轴的方向呈锐角设置；所述每一折射单元的第一A介质区和第二A介质区，以及横向相对的两第二A介质区之间具有间隔区域，所述间隔区域为填充有B介质的第一B介质区；所述A介质和B介质各向同性且声波和电磁波均可穿透，并且满足方程(1)和(2)：c2/c1＝n1/n2ꢀꢀꢀ
(1)n1>n2ꢀꢀꢀ
(2)其中，c1和c2分别表示超声波在A介质和B介质内传播的声速，n1和n2分别表示A介质和B介质折射率；从而，当超声波和电磁波垂直于横向一侧的两折射单元的第一A介质区的外界面入射，经过第二A介质区和第一B介质区并避开所述隐身区域后，从横向另一侧的两折射单元的第一A介质区的外界面以相同的路径出射。2.根据权利要求1所述的针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，其特征在于：所述A介质和B介质为液体或者气体。3.根据权利要求1所述的针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，其特征在于：所述A介质为苯，所述B介质为水。4.根据权利要求1所述的针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，其特征在于：四个折射单元的第一A介质区相互连通形成一个整体区域，每一第一A介质区的横截面包括相交呈直角的横向矩形和纵向矩形；横向一侧的两折射单元的纵向矩形相连，纵向一侧的两折射单元的横向矩形相连，进而使得四个折射单元形成一长方形环；所述第一A介质区的横截面还包括位于所述长方形环的各内角上的等腰直角三角形；横向一侧的两折射单元的等腰直角三角形的第一顶点相连，纵向一侧的两折射单元的等腰直角三角形的第二顶点相互远离；四个折射单元的第二A介质区相互独立，每一第二A介质区的横截面为等腰三角形；所述第二A介质区横向方向上的外界面和内界面所在的边为所述等腰三角形的腰。5.根据权利要求1所述的针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，其特征在于：不同介质之间通过透明壁相互隔离。6.根据权利要求1所述的针对超声波和电磁波的多物理场隐身器件，其特征在于：满足方程(3)至方程(9)：n1sinφ1＝n2sinφ2ꢀꢀꢀꢀ
(3)n2sinφ3＝n1sinφ4ꢀꢀꢀꢀ
(4)
n1sinφ5＝n2sinφ6ꢀꢀꢀꢀ
(5)φ1＝α
ꢀꢀꢀꢀ
(6)φ2‑
φ3＝γ
ꢀꢀꢀꢀ
(7)φ4+φ5＝β
ꢀꢀꢀꢀ
(8)φ6＝β+γ
‑
α
ꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，φ1和φ2分别表示超声波和电磁波经过第一A介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈炼，杨巍，郑斌，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：