新型人工电磁媒质的典型应用研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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新型人工电磁媒质的典型应用研究

项目名称：新型人工电磁媒质的典型应用研究
项目类别：重大项目
批准号：60990324
申请代码：F010612
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：崔铁军
负责人职称：教授
依托单位：东南大学
批准年度：2009

中文摘要：

新型人工电磁媒质以其新奇的物理特性和潜在的应用价值，已成为微波、毫米波工程关注的焦点之一。本课题通过研究新型人工电磁媒质的快速准确设计方法，开发其CAD设计软件，实现对复杂新型人工电磁媒质系统的快速准确设计，从而研制基于新型人工电磁媒质的平板透镜天线、柱形透镜天线、龙波透镜天线等，以应用于小型化和轻型化的卫星通信系统；利用谐振型的新型人工电磁媒质，研制小尺寸、高性能的微波射频器件与天线，以应用于新一代无线通信系统；搭建二维和三维新型人工电磁媒质创新实验平台，为新型电磁器件的准确测试提供必要的实验条件；利用人工电磁媒质研究开发新型隐身装置并进行实验验证，实现对电磁波的精确控制；构建新型人工磁共振介质的非线性测量平台，研究新型人工电磁媒质的非线性调控效应。作为新型人工电磁媒质基础理论与实验研究的进一步推广，本课题的典型应用研究对该领域的发展起着至关重要的作用。

中文主题词：新型人工媒质；典型应用；；；

英文摘要：

metamaterials；typical application；；；

英文主题词： metamaterials；typical application；；；

结论摘要：

本项目对新型人工电磁媒质的典型应用进行了系统研究，主要包括新型人工电磁媒质的快速准确设计方法、复杂人工电磁媒质系统的快速准确设计、新型隐身装置及其实验验证、基于人工电磁媒质的平板透镜天线及其它小型化和轻型化的射频器件等。本项目取得的典型成果概述如下1）提出设计和实现三维渐变折射率媒质的新方法，据此开拓性地提出并实验验证了三维微波段“地面隐身衣”，具有宽带、低损耗、隐身效果好等优点，适用于不同极化、任意方向入射的电磁波。该工作与一个德/英联合研究组在同一时期《Science》上发表的三维光波段“地面隐身衣”是国际上首次实现“三维隐身”，两个工作相互独立完成。本项目的隐身衣性能更优，因为后者只适用于特定极化、以一定角度入射的电磁波。2) 突破传统观念，提出新型三维变换光学器件-具有平坦聚焦面的变形龙伯透镜，实验证明其频带宽、损耗小、增益高、副瓣低、双极化、无相差、辐射角度大，整体性能远优于同口径的传统天线，具有重要的理论意义和工程价值。基于此，项目组承担了总装某预研项目，研制了某高性能扫描天线，并在中国航天科工集团等单位获得应用。3）首次基于人工电磁媒质实验验证了微波段的“电磁黑洞”。基于引力场的真实黑洞很难用实验来验证，本项目应用电磁波在非均匀媒质中的传播轨迹类比于物质在引力场下弯曲空间中的运动轨迹，揭示了真实黑洞的部分性质。实验结果与理论分析、数值仿真相吻合。4）设计了一系列基于光学变换的高性能微波器件，可实现传统技术无法实现的新功能，如零折射率功率合成器、幻觉光学器件以及各种宽带吸波器件等。5）利用渐变折射率媒质设计并加工了一系列三维平板透镜，可应用于通信、雷达、导航等实际工程问题。6）提出并实现了一种工作于微波段的超薄表面等离子激元（SPP）传输线及SPP无源器件，具有小型化、低损耗等优点，性能优越。本课题共发表SCI论文114篇，其中包括Nat. Comm.两篇、PNAS 一篇、Phys. Rev. Lett.四篇、Adv. Mat.两篇。部分成果入选2010年中国科学十大进展、2013年全国百篇优秀博士论文、2010年度New J. Physics最佳论文，获得2011年教育部自然科学一等奖，被Nature, Scientific American, New Scientist, MIT Technology Review等报道，在国际上产生了重要影响。

成果综合统计