调控电磁波-若干基于坐标变换和超材料技术的天线与散射问题的研究

超材料与坐标变换方法相结合的一个最重要的意义是提供了一个新的调控电磁波的强有力手段，其能力可远远超过传统的利用金属表面和均匀介质形状来控制电磁波的方法。本课题将较深入地研究用坐标变换方法与超材料相结合的技术来实现调控电磁波，掌握其变换规律，并将其应用于最需要控制电磁波的领域之一的天线和电磁散射问题；提出并系统地研究与设计几类有显著应用前景的天线及其它超常规电磁波功能器件，包括基于坐标变换理论的新型平面反射器及平面反射器天线，缩小孔径天线，多源共波束反射器天线，新型微波、射频功率空间合成器件，新型反射器天线高效馈源结构和新型特定散射器件等；并同步研究所设计方案所需的超材料结构；通过坐标变换理论与超材料结构技术的联合设计，实现若干基于超材料结构的新型天线样品，进行理论设计与实验测量对比研究，为超材料与坐标变换方法相结合控制电磁波的最终工程应用积累经验和奠定基础。

超材料与坐标变换方法相结合的一个最重要的意义是提供了一个新的调控电磁波的强有力手段，其能力可远远超过传统的利用金属表面和均匀介质形状来控制电磁波的方法。本项目较深入地研究用坐标变换方法与超材料相结合的技术来实现调控电磁波，掌握其变换规律，并将其应用于最需要控制电磁波的领域之一的天线和电磁散射问题。项目取得如下主要成果：.1. 基于变换电磁学理论，提出一种通用、严格的方法，可实现与二次曲面（抛物、双曲和椭圆）反射器天线有相同电磁特性的平面反射器天线。.2. 通过变换理论，应用超材料对馈源的虚拟位移效果设计出了一类新型的多馈源辐射系统，包括多频道共波束反射面天线和新型微波空间功率合成系统。.3. 应用超材料结构如SSR、CSSR、RIS、左右手传输线等，在缩小天线尺寸、漏波天线的宽范围扫描等方面取得了良好效果，设计和实现了多款小型化的北斗导航系统终端天线和其它应用天线。.4. 研究分析了一类超材料中物体的散射问题。目标物体置于变换电磁学方法设计出的超材料中，其散射特性与其置于自由空间有显著差别。运用逆变换可获得目标物体的等效散射体。.5. 提出并设计了电磁/光学特性可控的平面透镜。透镜的电磁/光学特性（如汇聚、发散、成像等）即与常规曲面透镜（如凸凹透镜）等效，亦可通过改变设计参数或结构来做相应的调控。.6. 较系统地研究了电磁波扩展器件与电磁波压缩器件，指出它们之间的内在关系，分析了相应的电磁参数分布，以及该类电磁器件的可实现性。.7. 对实现隐身斗篷时电磁超材料可能出现的奇异性进行了深入分析，提出减小奇异性的措施。.8. 应用了线性变换理论，实现了分区均匀材料构成的电磁隐身衣设计。. 项目实施中发表研究论文24篇（其中SCI论文4篇，EI检索论文14篇），获国家发明专利授权1项。为超材料与坐标变换方法相结合控制电磁波的最终工程应用积累了经验。