新型人工电磁防护材料的研究与应用

摘要

在当下的国际大环境中,国与国之间的军备竞争已逐渐从老式的武力比拼转向以高科技为主导的信息化作战。军事家们开始使用电磁能量来进行作战,使得战场上的电磁状况变得越来越难以掌控。战场上使用的诸多无线电子设备所发射出的电磁能量逐渐上升,频带范围也越来越广,无线设施的数目也越来越多。这对仪器的电磁兼容性能提出了越来越高的要求,以防止电子设施发出的无线信号互相干扰甚至毁坏设施本身。除了己方内部设备之间的电磁干扰会扰乱己方内部的通信,在信息化作战时,敌军也有可能使用电磁能量来攻击己方的电子设备。又因为这些军备通信装置通常工作在极端严苛的环境下,为了保证仪器能够正常工作而不被干扰,研发新型的电磁防护技术的重要性不言而喻。
　　目前国内对新型人工电磁防护材料的研发水平仍然落后于发达国家水平。国内研制的材料类型单一,防护能力不够理想,为了研制出能够防范各种外来电磁干扰的防护装置,本文对负媒质材料的性质进行了研究,分析了这种材料在用来制造具有超过一般材料性能的特种防护装置中的应用。
　　本文主要分为七个部分,首先总结了国内外对负媒质材料的研究发展状况,提出了负媒质材料可能的应用领域;根据经典电磁学理论对负媒质材料的反射和折射特性进行分析,通过推导材料特性公式得出负媒质材料确实具有超过普通材料的屏蔽效能;使用 Drude模型对材料进行数学建模,以从整体上客观且精确地模拟材料的特性,并推导出相应的时域有限差分公式,为后面的仿真计算提供理论支持;使用电路理论计算负媒质材料各项电磁参数;使用改良的PBC-FDTD算法分析负媒质材料的电磁参数,导出相应的边界差分公式,并通过计算仿真验证材料的屏蔽效能,同时对由连续和不连续金属丝构成的负介电常数材料的参数关系式进行了计算,讨论了材料结构尺寸与电磁特性之间的变化关系;最后通过大量数值仿真的方法,得出随着连续和不连续金属丝结构的单元大小的变化,负介电常数材料的屏蔽带、屏蔽效能都在发生相应的有规律的变化,根据这些变化的规律就可以为制备具有相应屏蔽特性的材料提供有力的理论依据。

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第一章 绪论

1.1 背景

1.2 人工电磁材料的发展历程

1.3 负媒质材料的军防应用前景

1.4 本文的主要工作

第二章 负指数电磁现象的形成原因

2.1 导论

2.2 负媒质材料的电磁特性

2.3 负媒质材料表面的波传播特性

2.4 总结

第三章 负媒质材料的数学模型

3.1 导论

3.2 负媒质材料的数学模型

3.3 负媒质材料的Drude建模

3.4 一维负媒质材料的Drude建模

3.5 总结

第四章 负媒质材料的参数计算

4.1 导论

4.2 负媒质材料参数定义

4.3 负媒质材料参数推导

4.4 总结

第五章 负媒质材料的PBC-FDTD数值模拟

5.1 导论

5.2 PBC-FDTD数值方法

5.3 PBC-FDTD数值模拟

5.4 总结

第六章 负媒质材料特性与周期单元尺寸的关系

6.1 导论

6.2连续金属丝材料特性与周期单元的关系

6.3不连续金属丝材料特性与周期单元的关系

6.4 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果