三维新型人工电磁媒质的场变换理论及其应用

人工电磁媒质的出现使得基于光学变换理论的电磁器件设计和实现成为可能，但是这些特殊的电磁器件往往要求人工电磁媒质具有非均匀、各向异性的性质。为了考察这些器件能否真正具备控制电磁波的能力，往往需要通过仿真的方法来观察电磁波在这些器件周围的近场分布情况。普通商业软件在解决此类问题时会出现网格剖分过密、计算时间过长、结果不收敛等情况，并对计算机的硬件处理能力提出了很高要求，因此现有的绝大多数光学变换方法仅限于二维问题。针对这种情况，我们将研究基于光学变换的三维场变换理论，一旦光学变换的形式确定下来，可直接将变换区域内的电磁场、电磁能量以及能量密度等参量通过解析方式表达出来。我们还将考虑变换区域内存在多重光学变换，或者变换坐标系为非笛卡儿坐标系条件下的场变换理论。由于人工电磁媒质通常为有耗媒质，因此需要进一步推导有耗条件下变换区域内的电磁场表达式。

我们研究了基于人工电磁媒质的场变换理论，并利用该理论来设计非均匀，各向异性的人工电磁材料的各种光学变换器件。为了考察这些器件能否真正具备控制电磁波的能力，往往需要通过仿真的方法来观察电磁波在这些器件周围的近场分布情况。普通商业软件在解决此类问题时会出现网格剖分过密、计算时间过长、结果不收敛.等情况，并对计算机的硬件处理能力提出了很高要求，因此现有的绝大多数光学变换方法仅限于二维问题。针对这种情况，我们将研究基于光学变换的三维场变换理论，一旦光学变换的形式确定下来，可直接将变换区域内的电磁场、电磁能量以及能量密度等参量通过解析方式表达出来。在场变换理论的基础上，我们将场变换理论与实际的人工电磁材料实验结合起来，利用场变换理论对新型人工电磁材料的性质加以分析和预测，设计新型的电磁器件与天线，并利用实验结果加以验证，实现理论和实验相结合的目标。