【正文】 料ε 0，μ 0；第四象限是鐵氧體材料，在其鐵磁諧振頻率附近ε 0，μ 0；第二象限、第四象限材料的折射率 n?????是一個虛數(shù)，其中??、??分別是相對介電系數(shù)和磁導(dǎo)率。 綜上所述，研究雙負(fù)媒質(zhì)的電磁散射特性以及分析雙負(fù)媒質(zhì)目標(biāo)在寬帶帶的 RCS回應(yīng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。一，能夠在有限的計(jì)算機(jī)資源條件下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)散射特性的精 確建模與計(jì)算，計(jì)算結(jié)果應(yīng)與測量值吻合，具有較高的精度。所以，如何高效求解這類復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射特性是從事雷達(dá)總體設(shè)計(jì)和隱身與反隱身研究者們所關(guān)心的共同問題。 復(fù)雜目標(biāo)電磁散射特性研究是一項(xiàng)重要的雷達(dá)共性技術(shù)基礎(chǔ)研究，它是隱身、反隱身，雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與雷達(dá)目標(biāo)識別以及作戰(zhàn)仿真等的基礎(chǔ)。連接隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)的橋梁就是研 究目標(biāo)的電磁散射特性。在現(xiàn)在戰(zhàn)爭中，隱身技術(shù)和反隱身技術(shù)最重要的技術(shù)之一。 σ的定義 [7]是 : 2222l im 4 l im 4ssRRiiEHRR? ? ?? ? ? ??? （ 211） 式中 sE 、 sH 分別為接收天線處散射波的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度 ， iE 、 iH 分別為入射雷達(dá)波在目標(biāo)處 的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度 ,? 是具有面積的量綱 (㎡ )。 雷達(dá)散射截面 從某種意義上說雷達(dá)目標(biāo)散射特性是雷達(dá)系統(tǒng)中很重要的環(huán)節(jié)。以地面為目標(biāo)的雷達(dá)可以探測地面的精確形狀，其空間分辨力可達(dá)幾米到幾十米，且與距離無關(guān)。因此，它不僅成為 軍事 上必不可少的電子裝備，而且廣泛應(yīng)用于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展 (如 氣象預(yù)報(bào) 、資源探測、 環(huán)境監(jiān)測 等 )和科學(xué)研究 (如 天體 研究、大氣 物理 、 電離層 結(jié)構(gòu)研究等 )。雷達(dá)的工作原理是發(fā)射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的 電磁波，雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息，從而確定目標(biāo)物體的大小、位置、運(yùn)動速度等。 4 2 基本理論知識 雷達(dá)及雷達(dá)散射截面 雷達(dá) 雷達(dá)（ Radio Detection And Ranging，簡寫為 RADAR）為無線電監(jiān)測和測距的電子設(shè)備，形成于 20世紀(jì)初。未來，左手材料將會在無線通信等方面 中起到不可忽略的作用。兩國科學(xué)家的研究成果獲得科學(xué)界的高度贊賞，被美國物理學(xué)會評為 2020 年度國際物理學(xué)會最具影響的研究進(jìn)展。 2020 年 2月，俄羅斯莫斯科理論與應(yīng)用電磁學(xué)研究所的物理學(xué)家宣布他們研制成功一種具有超級分辨率的鏡片，但是他們的技術(shù)要求被觀察的物體幾乎接觸到 鏡片，這一前提使其在實(shí)際應(yīng)用中難以操作。 左手材料的巨大應(yīng)用前景源于它的制造實(shí)現(xiàn)。該成果引起了世界科技界的高度關(guān)注， 10月 15日，《自然》網(wǎng)站也以“科學(xué)家研制出可攜帶黑洞”為題介紹了這項(xiàng)研究成果。2020 年初，美國杜克大學(xué)和中國東南大學(xué)合作，成功研制出微波段新型“隱形衣”，這一研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。在 2020 年，“超材料隱身斗篷”再一次被評為世界上十大科學(xué)技術(shù)突破。在 2020 年，雙負(fù)媒質(zhì) Science 雜志評為世界上的十大科學(xué)技術(shù)。 1999 年 Pendry【 2】 等人預(yù)言利用人造復(fù)合材料和金屬線陣列組合起來就能夠制造出雙負(fù)性材料。因 在 該種物質(zhì)中電磁波傳播時電場、磁場、和波矢量成左手 2 關(guān)系，則這種物質(zhì)又稱為左手物質(zhì)（ LeftHand Material, LHM）。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢 前蘇聯(lián)科學(xué)家 Veselago【 1】 1968 年發(fā)表文章指出，介電系數(shù)和磁導(dǎo)系數(shù)均為負(fù)的介質(zhì)將具有不同尋常的電磁特性，如 ：反多普勒效應(yīng)（ reversed Doppler effect）、反斯涅耳定律（ reversed Snell refraction）以及反契侖科夫輻射（ reversed Cherenkov radiation）等。隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在目標(biāo)探測和目標(biāo)識別中對信號的信帶寬度提出了更高的要求，只有更寬的信帶才能攜帶更多的而且豐富的目標(biāo)信息，因此寬帶計(jì)算和快速算法更有必要被提出。對雙負(fù)媒質(zhì)展開基 礎(chǔ)性的研究、揭露其基本性質(zhì)能極大拓展與深化人們對客觀世界的認(rèn)識。 雙負(fù)媒質(zhì)已經(jīng)成為當(dāng)今電磁學(xué)領(lǐng)域，光電子學(xué)領(lǐng)域和材料學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題之一。雙負(fù)媒質(zhì)材料又稱為完美透鏡材料，在隱身技術(shù)和反隱身技術(shù)研究領(lǐng)域及其重要，因此研究雙負(fù)媒質(zhì)的電磁散射特性是極有價值和意義的。由于雙負(fù)媒質(zhì)材料奇特的物理性質(zhì)和人們?nèi)粘Ｉ钪信龅降挠沂植牧嫌泻艽髤^(qū)別，因此，對雙負(fù)媒質(zhì)特性的研究，是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的研究課題，具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。例如雙負(fù)媒質(zhì)的反多普勒效應(yīng)、反契侖科夫輻射、負(fù)折射效應(yīng)、電磁聚集效應(yīng)和反 Goos Hanchen 位移等常規(guī)材料無法具有的特性 【 1】 。雙負(fù)媒質(zhì)又稱為左手材料 媒質(zhì)或負(fù)折射率媒質(zhì)，是介電系數(shù)和磁導(dǎo)系數(shù)均為負(fù)值的介質(zhì)材料。 Drude model。 Radar Cross Section。 關(guān)鍵詞 ： 雙負(fù)媒質(zhì) ； 雷達(dá)散射截面 ； 漸近波形估計(jì) ； Drude模型 ； PMCHWT 方程 。 由于雙負(fù)媒 質(zhì)的阻抗元素是波數(shù) k 的復(fù)雜函數(shù)，對阻抗元素進(jìn)行直接求導(dǎo)、而高階求導(dǎo)卻無法實(shí)現(xiàn)，因此利用組合以及復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)思想實(shí)現(xiàn)了阻抗元素高階導(dǎo)數(shù)的求導(dǎo)，將漸近波形估計(jì)技術(shù)應(yīng)用于雙負(fù)媒質(zhì)的寬頻電磁計(jì)算領(lǐng)域。然后介紹 PMCHWT 方程推導(dǎo)過程和 矩量法的基本理論，闡述漸近波形估計(jì)技術(shù)的基本理論。在信息化的今天，快速 計(jì)算雙負(fù)媒質(zhì)散射體的電磁散射特性，對實(shí)現(xiàn)雙負(fù)媒質(zhì)的寬頻帶的電磁散射特性分析很有現(xiàn)實(shí)意義和價值。 雙負(fù)媒質(zhì)寬頻電磁散射特性分析 摘 要 近年來，雙負(fù)媒質(zhì)材料的研究成為研究合成材料的熱點(diǎn) 。 鑒于 其異于傳統(tǒng)媒質(zhì)的典型特性，其應(yīng)用十分廣泛。本文首先介紹雙負(fù)媒質(zhì)的研究背景與意義。最后從雙負(fù)媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，應(yīng)用電磁輻射理論，推導(dǎo)出雙負(fù)媒質(zhì)的 PMCHWT 方程，從而解出單頻率入射波下的電流和雷達(dá)散射截面。計(jì)算實(shí)例結(jié)果表明，漸近波形估計(jì)技術(shù)不僅在感興趣的頻段內(nèi)能很好逼近矩量法逐點(diǎn)求解的結(jié)果，而且在計(jì)算效率上也大大提高。 ABSTRACT In recent years, the research of double negative (DNG) metamaterial bees one of the hottest topics in position materials. Based on its typical characteristics different from traditional materials, the application of DNG metamaterial is very wide. Following the development of information techniques, rapid puting double negative medium scattering the electromagism scatter of body characteristic and the realization of double negative medium the electromagic scattering of broadband is very practical significance and value. This paper first introduces the research background and significance of double negative medium. Then introduce the process of PMCHWT equation derivation and to explain the basic theory of method of moments and asymptotic waveform evaluation technique. Finally, from the double negative media on the constitutive relation, apply electromagic radiation theory to deduce the PMCHWT equation of double negative medium, thus solve the current and the radar cross section under the singlefrequency incident wave. Owing to the impedance element of double negative medium is the plex function of wave numberk and the higher order derivative of impedance element can not achieve directly, using the ideology of binational and posite functions to realize it, asymptotic waveform evaluation technique is applied to the broadband electromagic puting realm of double negative medium. The results of living examples of calculation show that not only asymptotic waveform evaluation technique is easy to approach the pointbypoint solving of method of moment in the interested band of frequency but also the putational efficiency is improved enormously. Key words: DoubleNegative medium。 Asymptotic Waveform Evaluation。 PMCHWT equation 目 錄 1 緒論 .................................................... 1 課題研究背景及意義 ...................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢 .................................... 1 本文主要工作安排 ........................................ 3 2 基本理論知識 ............................................ 4 雷達(dá)及雷達(dá)散射截面 ...................................... 4 雷達(dá) ............................................... 4 雷達(dá)散射截面 ....................................... 4 雙負(fù)媒質(zhì)材料的電磁特性 ................................... 5 PMCHWT 方程理論介紹 ...................................... 8 矩量法的基本理論 ....................................... 10 漸近波形估計(jì)技術(shù)的基本理論 .............................. 12 寬頻電磁散 射的意義 ................................. 12 漸近波形估計(jì)技術(shù)基本原理 ........................... 13 3 雙負(fù)媒質(zhì)寬頻電磁散射分析 ................................ 19 雙負(fù)煤質(zhì)的 PMCHWT 方 程 .................................. 19 雙負(fù)媒質(zhì) AWE 技術(shù)的理論推導(dǎo) ............................. 20 二維散射體阻抗矩陣及阻抗元素求導(dǎo) ........................ 21 計(jì)算實(shí)例與分析 ......................................... 23 4 總結(jié)與展望 ............................................. 28 參考文獻(xiàn) ................................................. 29 1 1 緒論 課題研究背景及意義 隨著社會的發(fā)展，人們對新型材料的渴求越來越強(qiáng)，近年來 ,雙負(fù)材料的研究已成為科研的熱點(diǎn)。雙負(fù)媒質(zhì)有極其奇妙的特性，這也是雙負(fù)媒質(zhì)備受學(xué)術(shù)屆關(guān)注的原因。正是這些特性才使得學(xué)術(shù)屆有一大批人對這種新型的人工復(fù)合材料產(chǎn)生了極大的興趣。 雙負(fù)媒質(zhì)非常 奇異的電磁特性 ,在軍事和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在