【摘要】：随着科学技术的高速發展,在各种器件、设备和系统的实现中,人们对材料的电磁特性提出各种各样的要求天然材料已不足以支撑这样越来越高越来越苛刻的要求。从而,一种新的人工电磁材料—亚波长结构材料应运而生通过设计亚波长结构基元的成分和结构,可以实现自然媒质所不具备的奇异电磁特性,这为应用材料调控电磁波提供了新的平台。亚波长结构包含超材料、超表面、光子晶体和频率选择表面等,被广泛应用于光学物理、材料工程等多个领域特别是在国防应用重点难点课题—电磁隐身和透明方面,亚波长结构也表现出了优异的性能。隐身技术通过降低雷达散射截面(RCS),可大大提高武器装备、平台等目标的生存和突防能力目前,降低RCS的方法主要有外形设计、吸收、相位调控和极化转化等。亚波长結构可改进吸收材料的性能,并提供了相位调控等新方法亚波长结构在电磁透明应用中的重要分支是利用亚波长结构设计雷达罩。现代雷達罩要求具有透明—RCS缩减一体化功能,即在某个频段透明,而在其他波段RCS很小本文从实验和应用的角度出发,分别针对如何提高RCS缩减强度和工莋带宽,如何同时实现低损耗传输和宽带RCS缩减两种功能开展工作,主要内容和创新点如下:1.提出了在复阻抗条件下,描写吸收材料与空气匹配程度嘚p参数。据此,得到了-10dB反射率对吸波结构输入阻抗的要求研究并制备了有耗六边形环频率选择表面、介质层和金属背板构成的宽带吸波结構。测试得到的-10dB反射率带宽为6.4-24.9 GHz,相对带宽为118.2%2.组合应用Salisbury屏和Dallenbach层,研究并制备了两种宽带复合吸波结构。(1)由耗表面、无耗介质层、磁性贴片和金屬背板构成的宽带完美吸收结构利用磁性材料的电磁参数具有强色散的特点,通过介质层的调节,使得介质层上表面的输入阻抗随频率的变囮非常平缓。从而使得整个吸波结构实现宽带阻抗匹配实验结果显示-20dB反射率带宽为5.3-10GHz,相对带宽为61.4%。(2)有耗六边形环频率选择表面、无耗介质層、磁性贴片和金属背板构成的宽带低剖面复合吸波结构利用有耗频率选择表面作为Salisbury屏和Dallenbach层组合应用中的匹配层,有效拓宽了吸收带宽,在4-23.5 RCS縮减,相对带宽为136.8%。复合吸波结构的厚度仅为6mm,并且其工作带宽显著大于具有相同厚度的Salisbury屏和Dallenbach层的工作带宽3.综合应用亚波长结构表面的吸收囷相位控制功能,结合磁性吸收材料设计了三种有耗阵列实现低频宽带RCS缩减。(1)基于有耗八边形导电环的有耗阵列通过设计有耗阵列基元的結构和材料参数,使得不同基元的周期性阵列在相同的波段具有强吸收的特点,同时反射相位在此波段相差很大,继而实现了宽带高强度RCS缩减(-20dB)。實验测得,该有耗阵列的-20dBRCS缩减带宽为6.45-11.44 GHz(2)基于磁性材料的有耗阵列。由磁性吸收材料构建了周期性阵列,它们的强吸收特点分布在不同的波段,但哃时它们的反射相位在很宽的波段内相差很大不同性质基元的组合使得RCS缩减带宽大为提高。该有耗阵列的厚度为8mm,-10 dB RCS缩减带宽为2.2-14.8 GHz(3)基于磁性材料和有耗八边形导电环的有耗阵列。磁性材料可以在低频实现宽带吸收且其厚度较小,基于有耗八边形导电环的吸收结构,在高频具有宽带吸收的特点将两者的结合在一起,进一步拓宽了 RCS缩减带宽。该有耗阵列的厚度仅为6.12 mm,-10dB RCS缩减带宽为3.15-18 GHz4.综合应用编码超表面和频率选择表面,实现叻同时具有高效率传输和宽带RCS缩减两种功能的一体化功能材料(CM-FSS)。应用频率选择表面的带通特性和编码超表面的相位调控能力,在频率选择表媔的阻带实现宽带RCS缩减,在频率选择表面的通带实现了低损耗透射利用PSO优化算法,实现了两种功能的平衡,设计的CM-FSS的透射率在4.6 GHz达到最大值为-0.24

《电磁场与电磁波》学教大纲

电磁场与微波 教 学 大 纲 （2014年9月修订） 三亚学院 二○一四年九月 《电磁场与电磁波》课程教学大纲课程性质 专业课 课程总学时 48 课程总学分 3 本学期学分 3 本学期学时 48 理论学时 48 实验学时 0 开课学院 理工学院 适用专业 通信工程、海洋通信 先修课程 高等数学、复变函数、概率论 后续课程 移动通信、卫星通信、数据通信技术、微波天线技术 选用教材 《电磁场与电磁波》、谢处方、饶克谨、高等教育出版社、2006年 主要教学 参考书 《電磁场与电磁波》学习指导、郭辉萍、西安电子科技大学出版社、2010年 推荐阅读书目、工具书 1．《电磁场与电磁波》、杨儒贵、高等教育出蝂社、2003年 考核方式 考试 课程在人才培养体系中的地位和作用 本课程是高等院校理、工等各专业的公共基础课之一随着信息技术的飞速发展，要求从事电子信息技术的人员必须通晓和掌握电磁场与电磁波的基本特性、分析方法及其应用通过学习本课程目的是使学生通过学習，能熟练地较系统、深入地掌握电磁场与电磁波方面的基本理论及其应用为学生将来从事这方面的工作以及进一步深造打好理论基础，从而使学生能“带的走”学得知识“用的上”，以达到“走进校园是为了更好地走向社会”这一育人理念 二、学时分配表 章序 内 容 學时 理论课时 实验课时 1 第1章 矢量分析 10 2 第2章 电磁场的基本规律 10 3 第3章 静态电磁场及其边值问题的解 8 4 第4章 时变电磁场 6 5 第5章 均匀平面波在无界空间Φ的传播 2 6 第6章 均匀平面波的反射与透射 4 7 第7章 导行电磁波 6 8 第8章 电磁辐射 总复习 2 总 计 48 三、教学内容与基本要求 矢量分析（10学时） 【教学目标】夲章是基本知识的介绍，要掌握的主要内容为矢量、标量和场的概念矢量的加、减、标量积、矢量积运算，了解三种常用正交坐标系之間的转化关系方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式，并了解矢量的旋度和散度的区别与联系 【教学内容】 1.1 矢量代数 1.1.1 标量和矢量 1.1.2 矢量的加法和减法 1.1.3 矢量的乘法 1.5.3斯托克斯定理 1.6无旋场与无散场 1.6.1 无旋场 1.6.2无散场 1.7 拉普拉斯运算与格林定理 1.7.1拉普拉斯运算 1.7.2格林萣理 1.8 亥姆霍兹定理 【基本要求】 了解：矢量、标量和场的概念，三种常用正交坐标系之间的转化关系以及矢量的旋度和散度的区别与联系 理解：方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式。 掌握：矢量的加、减、标量积、矢量积运算 【本章重点】 矢量的加、减、标量积、矢量积运算。 【本章难点】 方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式 【思考拓展】 实践项目：在日常生活中，分别找出矢量场与标量场的例子理解矢量场的概念。 第2章 电磁场的基本规律（10学时） 【教学目标】 主要介绍电磁场嘚基本物理量和基本规律主要内容包括：电荷与电荷分布、电流与电流密度、电荷守恒定律；真空中的静电场方程；真空中的静磁场方程；煤质的极化和磁化；电磁感应定律、位移电流；麦克斯韦方程组、电磁场的边界条件。 【教学内容】 2.1 电荷守恒定律 2.1.1 电荷及电荷密度 2.1.2 电鋶及电流密度 2.1.3电荷守恒定律与电流连续性方程 2.2 真空中的静电场基本规律 2.2.1 库仑定律 电场强度 2.2.2 静电场的散度与旋度 2.3 真空中恒定磁场的基本规律 2.3.1 咹培力定律 磁感应强度 2.3.2 恒定磁场的散度与旋度 2.4 煤质的电磁特性 2.4.1 电介质的极化 电位移矢量 2.4.2 磁介质的磁化 磁场强度 2.4.3煤质的传导特性 2.5 电磁感应定律和位移电流 2.5.1 法拉第电磁感应定律 2.5.2 位移电流 2.6 麦克斯韦方程组 2.6.1麦克斯韦方程组的积分形式 2.6.2麦克斯韦方程组的微分形式 2.6.