斑图动力学单元隐身超材料宽带电磁响应机理研究

This project is aiming at the frontier theoretical and experimental problem study of wide-band elelectromagnetic response of meta-material with pattern dynamics unit and its configuration periodical structure, combining pattern formation theory, propagation mechanism of nonlinear wave, pattern symmetry breaking theory with electromagnetic meta-material, constructs artificial electro-magnetic media from pattern dynamic view, explores the new charactreristic of dielectric media based meta-material established with pattern concept. This project mainly relies on slim layer radar absorbing structure’s wide band absorbing efficiency and electromagnetic invisible cloak wide-band response frontier problem, to solve the current narrow band problem of metamaterial. The attempting study problems include: the scattering parameter and its experimental study of meta-materials based on target wave and Turing pattern unit; chaotic pattern unit meta-material radar absorbing structure based on spiral instability; the effective electromagnetic parameter variation rule of pattern unit meta-material and effective circuit model of complex pattern unit. Through electromagnetic characteristic study of pattern unit meta-material with target wave and chaos unit, this project explores the new wave mechanics phenomenon and rules of meta-material electromagnetic wave modulation structure with pattern dynamics theory, expands meta-material wide-band electromagnetic response mechanism research.

本项目旨在开展具有斑图动力学单元及其排布周期结构的超材料宽带电磁响应的前沿理论和实验问题研究，将斑图形成理论、非线性波的传播机制、斑图对称性破缺等理论与电磁超材料相结合，从斑图动力学的视角构造人工电磁媒质，探索利用斑图概念建立的具有动力学参数的介质基超材料的新颖电磁特性。主要依托提高单层薄型电磁吸波结构宽带吸波率、电磁隐身衣宽带响应等前沿方向进行研究，解决现有超材料带宽窄的问题。尝试研究的问题包括：基于靶波斑图单元、图灵斑图单元构造的超材料散射参数特性及其实验研究；螺旋波失稳形成的混沌斑图单元超材料吸波结构理论及实验研究；斑图单元超材料结构的等效电磁参数变化规律及复杂斑图单元的等效电路模型等。通过对靶波、混沌等新构型斑图单元超材料的电磁特性研究，利用斑图动力学概念及理论发现超材料电磁波调制结构的波动力学新现象和新规律，进一步深入拓展超材料的宽带电磁响应机理研究。

鉴于无线电波探测、通讯系统的持续迅猛发展，对电磁波吸收与散射机理进行拓展研究的超材料得到了研究者的关注。本项目旨在开展具有斑图动力学单元及其排布周期结构的超材料宽带电磁响应的前沿理论和实验问题研究，将斑图形成理论、非线性波的传播机制、斑图周期对称性破缺等理论与电磁超材料相结合，从斑图动力学的视角构造人工电磁媒质，探索利用斑图概念建立的具有动力学参数的介质基超材料的新颖电磁特性。研究内容包括：螺旋波失稳形成的混沌斑图单元超材料吸波结构理论及实验验证，研究了高吸收率吸收的形成机理；一种电磁波扩散效应形成的弥散型随机电磁超结构作用机理，使用非损耗材料实现了低散射壳层，研究了随机结构在散射特性形成中的决定性作用；复杂斑图单元对超材料吸波结构在宽频及低频范围内的吸收促进作用，通过研制一种基于阻塞门单元表面的薄型宽带雷达波吸收体验证了此机理；研究了复杂单元耦合作用对调制超表面宽带等效参数特性的提升作用，并进行了相应的实验验证；研究了吸波与承载一体化结构的综合设计机理，获得了两种范例型电磁波吸收与承载一体化结构。利用斑图动力学概念及扩散理论发现了超材料电磁波调制结构的波动力学一系列新现象和新规律，进一步深入拓展了超材料的宽带电磁响应机理研究。