CN103268014A - 一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件。它包括四个第一介质单元和四个第二介质单元，第一、第二介质单元均各向同性且对入射的电磁波是透明，第一介质单元的折射率大于第二介质单元，第一介质单元为横截面呈等腰三角形的柱体，第二介质单元为横截面呈等腰三角形或等腰梯形的柱体；每两个相邻的第一介质单元间设一个第二介质单元，相邻的第二侧壁和第一侧壁相对，各第三侧壁面向隐身区域；当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，各第四侧壁面向背景介质；当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，各第六侧壁面向背景介质且各第七侧壁面向隐身区域。本发明具有四个方向的隐身效果，对电磁波的极化方向不敏感，适用于整个电磁波段。

Description

一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件

技术领域

本发明涉及一种柱状电磁波隐身器件，属于电磁波隐身领域。

背景技术

电磁波隐身一直是人类长期以来的一种梦想，但是一直无法得以实现。电磁波是指由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以周期波动的形式进行能量和动量传递的一种波。电磁波谱包括电磁辐射所有可能的频率，电磁波谱频率从低到高分別列为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。电磁波谱是无限的，而且是连续的。一般地，电磁波照射到物体上时，不能完全地传播到物体后方，而是会在物体上发生散射，因此电磁波照射在物体上时会在物体的后方产生阴影，物体后方的处在阴影区域中的背景就被物体挡住而不能被探测到。理想的电磁波隐身技术，可以使电磁波绕过被隐身的物体，并在物体的另一边按照原来的路径出射，从而使物体的后方不产生任何阴影，物体后方的背景或者其他物体也不会被前面的物体挡住。这种情况下，电磁波没有照射到物体上，相当于物体不存在，也即物体得到了完美的隐身。

目前已有的隐身技术，比如隐形飞机等采用的隐身技术，并不是消除飞机在雷达波照射下的阴影，而是通过在物体表面涂抹能吸收雷达波的材料让反射回去的电磁波达到最小，来防止飞机被雷达发现，从而实现隐形。这种技术不是真正的隐身，这种技术主要工作在微波波段，且只能对单基站雷达隐身，而不能对双基站雷达隐身，因此很容易就被双基站雷达发现。在光波段，现有的隐身技术主要还是军事迷彩等，然而，随着背景环境的改变，这种技术将不再具有隐身效果，因此这只是一种伪装技术，而不是真正地从视线中消失。另有一种隐身装置，它通过摄像头和显示屏，将一侧的物体拍下后显示在另一侧，但它的效果受图像的质量的影响，而且需要额外的能量，并且外面的摄像头、电源连线等装置都是可以看到的，这种方法也不是真正的隐身。还有一种方式，通过光纤，将光线从一侧引导到另一侧，从而绕过中间的物体，但这样的装置对光纤的工艺要求较高，还需要数量庞大的光纤，却只能实现一个方向上的隐身。因此，这些隐身方法都不是一般人所理解的理想的隐身方法，所谓的“理想的隐身方法”，是指可以使电磁波绕过被隐身的物体，并在物体的另一边按照原来的路径出射，电磁波不会被物体挡住，从而使物体后方不会呈现出阴影区域的隐身技术。

Pendry等在2006年的Science期刊[Science312,1780(2006)]上发表文章提出了一种理想的隐身技术方法。他们通过变换光学的方法，设计出介电常数和磁导率参数随空间变化的隐身器件，并在微波波段进行了实验验证。在实验验证中，他们采用一种异向介质（Metamaterial）材料来实现：采用金属图案阵列构造出等效介电常数和等效磁导率参数随空间变化的、具有各向异性特性的介质，并使这些等效介质在柱坐标系中按照一定要求放置，来实现圆柱形的隐身器件。但是这种采用金属图案阵列构造隐身器件的方法，构造方法比较复杂，同时由于金属在光频段的损耗很大，以及尺度变小后加工困难，上述方法基本上只能用于微波或远红外频段。在Pendry等人的实验验证中，他们采用了很多近似，因此实际中他们的隐身器件使物体的散射截面只减少了24%，还没有达到完全隐身的效果。虽然Pendry等实现的隐身器件没有完全消除物体在电磁波照射下的阴影，但是由于这种隐身器件使物体后面的阴影得到了一定程度的减少，因此可以说是一种行之有效的隐身器件。在实际工程中，由于非理想情况的存在，隐身器件事实上很难完全地除掉物体的阴影。当电磁波照射到有隐身器件的物体和没有隐身器件的物体时，在物体的后面垂直于入射方向的平面上，存在隐身器件时物体产生的阴影面积小于没有隐身器件时物体产生的阴影面积，也即隐身器件可以使物体在电磁波照射时在物体的后方产生的阴影面积减少。在这种情况下，由于这种隐身器件也达到了一定程度的隐身效果，因此也被认为是一种行之有效的隐身器件。一般的，科学家通过计算物体在电磁波照射下后面阴影的减少量来定量地评价这些隐身器件的隐身效果。

由于Pendry等提出的隐身器件设计方法要求所用材料的电磁参数随空间变化，并且要求材料的电磁参数遍历0到无穷大的区间内所有的值，对材料的要求非常苛刻，实现起来很困难，价格昂贵，同时这种材料由于色散很剧烈，只能工作在很窄的一个频率区间，而且采用这种方法实现的隐身器件只对特定极化的电磁波有效，不能实现对任意极化电磁波的隐身，因此在实际应用中有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件，从而克服现有技术的全部或部分缺陷。

本发明所指的电磁波谱包括电磁辐射所有可能的频率，电磁波谱频率从低到高分別列为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线，电磁波谱是无限的，而且是连续的。物体的折射率是指电磁波在空气中传播的速度与在该物体中传播的速度值之比。电磁波经过两个不同折射率的介质时，会在交界面发生折射，从而使电磁波发生偏移。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件包括四个各向同性的第一介质单元和四个各向同性的第二介质单元，所述第一介质单元和第二介质单元对入射的电磁波是透明的，第一介质单元的折射率大于第二介质单元的折射率，第一介质单元为横截面呈等腰三角形的柱体，第二介质单元或者为横截面呈等腰三角形的柱体、或者为横截面呈等腰梯形的柱体；

所述各第一介质单元的横截面的顶角为第一顶角，各第一介质单元的横截面的两个腰为第一腰，各第一介质单元的横截面的底边为第一底边，第一介质单元的所述第一腰所在的侧壁为第一侧壁，第一介质单元的所述第一底边所在的侧壁为第三侧壁；

若第二介质单元的横截面呈等腰三角形，则第二介质单元的横截面的顶角为第二顶角、两个腰为第二腰、底边为第二底边，第二介质单元的所述第二腰所在的侧壁为第二侧壁，第二介质单元的所述第二底边所在的侧壁为第四侧壁；

若第二介质单元的横截面呈等腰梯形，则第二介质单元的横截面的两腰的延长线所构成的夹角为第三角，第二介质单元的横截面的两个腰为第三腰、下底边为第三底边、上底边为第四底边，第二介质单元的所述第三腰所在的侧壁为第五侧壁，第二介质单元的所述第三底边所在的侧壁为第六侧壁，第二介质单元的所述第四底边所在的侧壁为第七侧壁；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，每两个相邻的第一介质单元之间设有一个第二介质单元，相邻的第二侧壁和第一侧壁相对，各第二介质单元的第四侧壁面向背景介质，各第一介质单元的第三侧壁面向隐身区域；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元和第二介质单元均为固体，那么，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元为固体，第二介质单元为流体，那么，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第四侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为固体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为流体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第四侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔，相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，每两个相邻的第一介质单元之间设有一个第二介质单元，相邻的第五侧壁和第一侧壁相对，各第二介质单元的第六侧壁面向背景介质，各第二介质单元的第七侧壁面向隐身区域，各第一介质单元的第三侧壁面向隐身区域；

当第二介质单元的横截面为等腰梯形时，如果第一介质单元和第二介质单元均为固体，那么，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，如果第一介质单元为固体，第二介质单元为流体，那么，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第六侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔，第二介质单元的第七侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与相应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为固体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为流体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第六侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔，第二介质单元的第七侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔，相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

所述第一固体分隔物、第二固体分隔物和第四固体分隔物对入射的电磁波是透明的，第一固体分隔物的折射率大于等于第二介质单元的折射率，第二固体分隔物的折射率大于等于第二介质单元的折射率，并且第一固体分隔物的厚度、第二固体分隔物的厚度和第一介质单元的第一底边的长度之间满足如下式（1）所示的关系：

$\sqrt{2}\&times;w_1+11.2\&times;w_2<A---\left(1\right)$

式（1）中，w₁表示第一固体分隔物的厚度，w₂表示第二固体分隔物的厚度，A表示第一介质单元的第一底边的长度。

进一步地，本发明所述隐身器件置于背景介质中，第二介质单元的折射率与背景介质的折射率之间满足如下式（2）所示的关系：

n_背景>n_第二≥n_背景/1.4    （2）

式（2）中，n_背景表示背景介质的折射率，n_第二表示第二介质单元的折射率。

进一步地，以垂直于其中一个第一介质单元的第三侧壁的方向有背景介质向所述隐身器件入射的同一电磁波波束，能够按先后顺序经过依次相邻的第二介质单元、第一介质单元、第二介质单元出射到所述背景介质中，且同一电磁波波束在出射时与入射时在同一直线上。

进一步地，若本发明所述隐身器件的第二介质单元的横截面呈等腰三角形，则第一介质单元的折射率、第二介质单元的折射率、背景介质的折射率、第一介质单元的第一顶角、第二介质单元的第二顶角、第一介质单元的第一底边的长度和第二介质单元的第二底边的长度相互之间满足如下式（3）至式（6）所示的关系：

β=90°+α         (5)

若第二介质单元的横截面呈等腰梯形，则第一介质单元的折射率、第二介质单元的折射率、背景介质的折射率、第一介质单元的第一顶角、第二介质单元的第三角、第一介质单元的第一底边的长度和第二介质单元的第三底边的长度相互之间满足如上式（3）、（4）以及如下式（7）、（8）所示的关系：

γ=90°+α         (7)

在式（3）至（8）中，n_第一表示第一介质单元的折射率，n_第二表示第二介质单元的折射率，n_背景表示背景介质的折射率，α表示第一顶角，A表示第一介质单元的第一底边的长度，B表示第二介质单元的第二底边的长度，β表示第二顶角，C表示第二介质单元的第三底边的长度，γ表示第三角。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以第一介质单元和第二介质单元构造电磁波隐身器件，同一电磁波束通过该隐身器件时，通过不同折射率的介质控制波束的轨迹，以垂直于任意一个第一介质单元的第三侧壁的方向入射，并顺次经过构成本发明隐身器件的依次相邻的第二介质单元、第一介质单元、第二介质单元，从而绕过中间的隐身区域并出射，且出射波束在入射波束的延长线上（即同一束电磁波束在出射时与入射时在同一直线上）。由于电磁波束没有入射到隐身区域内，因此使隐身区域内的物体达到隐身的效果。本发明通过第一介质单元和第二介质单元围成整个电磁波隐身器件，不需要利用金属图案，而只需利用自然界中容易获得的材料，不需要较高的工艺，易于实现；在隐身器件工作时，通过第一介质单元和第二介质单元来控制电磁波的轨迹，不需要外加电源等设备，性能稳定；相对于现有的只能实现对一个极化方向电磁波的隐身技术，由于构成本发明电磁波隐身器件的第一介质单元和第二介质单元是各向同性的，因此对电磁波的极化方向不敏感，尤其在可见光频段，自然光都是非相干、全极化的，本发明在可见光频段具有非常好的隐身效果；本发明电磁波隐身器件具有四个方向隐身效果，可适用于整个电磁波段。

附图说明

图1是本发明电磁波隐身器件的第一介质单元的示意图；

图2是本发明电磁波隐身器件的横截面为等腰三角形的第二介质单元的示意图；

图3是本发明电磁波隐身器件的第一种实施方式的整体结构示意图，其中，第二介质单元的横截面为等腰三角形，且不存在固体分隔物；

图4是电磁波束通过图3所示的电磁波隐身器件时的隐身效果示意图；

图5是电磁波束在图3所示的电磁波隐身器件中传播的轨迹图；

图6是电磁波通过平行板介质时的折射示意图；

图7是电磁波束在本发明电磁波隐身器件的第二种实施方式中传播的轨迹图，其中，第二介质单元的横截面为等腰三角形，并且存在固体分隔物；

图8是本发明电磁波隐身器件的横截面为等腰梯形的第二介质单元的示意图；

图9是电磁波束通过本发明电磁波隐身器件的第三种实施方式的隐身效果示意图，其中，第二介质单元的横截面为等腰梯形，并且不存在固体分隔物；

图10是电磁波束在本发明电磁波隐身器件的第四种实施方式中传播的轨迹图，其中，第二介质单元的横截面为等腰梯形，并且存在固体分隔物；

图11是电磁波束照射到未处于隐身器件内的物体时，在物体后面产生阴影区域的示意图；

图12是本发明电磁波隐身器件中，第一介质单元的上端、下端与第四固体分隔物的位置关系示意图；

图13是本发明电磁波隐身器件中，横截面为等腰三角形的第二介质单元的上端、下端与第四固体分隔物的位置关系示意图；

图14是本发明电磁波隐身器件中，横截面为等腰梯形的第二介质单元的上端、下端与第四固体分隔物的位置关系示意图；

图中，1.第一介质单元的第一侧壁；2.第二介质单元的第二侧壁；3.第一介质单元的第三侧壁；4.第二介质单元的第四侧壁；5.第二介质单元的第五侧壁；6.第二介质单元的第六侧壁；7.第二介质单元的第七侧壁；α.第一介质单元的第一顶角；β.第二介质单元横截面为等腰三角形时的第二顶角；γ.第二介质单元的横截面为等腰梯形时的第三角；8.电磁波隐身器件的隐身区域；9.电磁波隐身器件的第一介质单元；10.电磁波隐身器件的第一介质单元；11.电磁波隐身器件的第一介质单元；12.电磁波隐身器件的第一介质单元；13.电磁波隐身器件的第二介质单元；14.电磁波隐身器件的第二介质单元；15.电磁波隐身器件的第二介质单元；16.电磁波隐身器件的第二介质单元；17a.电磁波束入射前在背景介质中的轨迹；17b.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；17c.电磁波束在第一介质单元内的轨迹；17d.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；17e.电磁波束出射到背景介质后的轨迹；18.折射率为n₁的介质；19.厚度为w、折射率为n_x的平行板介质；20.折射率为n₂的介质；21a.电磁波束入射前在背景介质中的轨迹；21b.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；21c.电磁波束在第一介质单元内的轨迹；21d.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；21e.电磁波束出射到背景介质后的轨迹；22.电磁波隐身器件的第一固体分隔物；23.电磁波隐身器件的第二固体分隔物；24.电磁波隐身器件的第三固体分隔物；25.电磁波隐身器件的第二介质单元；26.电磁波隐身器件的第二介质单元；27.电磁波隐身器件的第二介质单元；28.电磁波隐身器件的第二介质单元；29a.电磁波束入射前在背景介质中的轨迹；29b.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；29c.电磁波束在第一介质单元内的轨迹；29d.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；29e.电磁波束出射到背景介质后的轨迹；30a.电磁波束入射前在背景介质中的轨迹；30b.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；30c.电磁波束在第一介质单元内的轨迹；30d.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；30e.电磁波束出射到背景介质后的轨迹；31.背景介质所在区域；32.未置于隐身器件中而直接被电磁波束照射的物体；33.在电磁波束照射下，未置于隐身器件内的物体在垂直于电磁波束的出射方向的平面上所产生的矩形阴影的宽度；34.电磁波隐身器件的第四固体分隔物；

θ_1入是电磁波束从背景介质31入射到第一个第二介质单元13时的入射角（即入射波束与界面法线的夹角）；θ_1出是电磁波束从背景介质31入射到第一个第二介质单元13时的折射角（即折射波束与界面法线的夹角）；θ_2入是电磁波束从第一个第二介质单元13入射到第一个第一介质单元9时的入射角；θ_2出是电磁波束从第一个第二介质单元13入射到第一个第一介质单元9时的折射角；θ₁是电磁波从折射率为n₁的介质18入射到折射率为n_x的介质19时的入射角；θ_x1为电磁波从折射率为n₁的介质18入射到折射率为n_x的介质19时的折射角；θ_x2为电磁波从折射率为n_x的介质19入射到折射率为n₂的介质20时的入射角；θ₂为电磁波从折射率为n_x的介质19入射到折射率为n₂的介质20时的折射角；θ′₂为没有平行板介质19时，电磁波直接从折射率为n₁的介质18入射到折射率为n₂的介质20时的折射角；w为平行板介质的厚度；d为电磁波通过折射率为n_x的平行板介质19与不通过平行板介质19所产生的位移差；M为相邻的两个第二介质单元之间形成的“结合线”。

具体实施方式

电磁波是指由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以周期波动的形式进行能量和动量传递的一种波。按照频率分类，从低频到高频，电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线和伽马射线等等，其中人眼可以接受的电磁波的波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。在不同的介质中，电磁波的传播速度各不相同。两种介质相比时，电磁波传播速度大的介质折射率较小，电磁波传播速度小的介质折射率较大。本发明所指的流体是液体和气体的总称。

图1所示为构成本发明电磁波隐身器件的第一介质单元，该第一介质单元为横截面呈等腰三角形的柱体。如图1所示，各第一介质单元的横截面的顶角为第一顶角α、两个腰为第一腰、底边为第一底边，第一介质单元的第一腰所在的侧壁为第一侧壁1，第一介质单元的第一底边所在的侧壁为第三侧壁3。

图2所示为构成本发明电磁波隐身器件的第二介质单元的一种结构。在图2中，第二介质单元为横截面呈等腰三角形的柱体。如图2所示，第二介质单元的横截面的顶角为第二顶角β、两个腰为第二腰、底边为第二底边，第二介质单元的第二腰所在的侧壁为第二侧壁2，第二介质单元的第二底边所在的侧壁为第四侧壁4。

图3示出的是本发明电磁波隐身器件的第一种实施方式的整体结构示意图。在图3中，电磁波隐身器件是由四个对入射电磁波透明的第一介质单元和四个对入射电磁波透明的第二介质单元构成，其中，第一介质单元和第二介质单元均为固体。在图3中，四个第一介质单元9、10、11和12的横截面均为等腰三角形。第一介质单元9、10、11和12依次沿顺时针方向排列并共同围成一个隐身区域8，且这四个第一介质单元的第三侧壁3均面向隐身区域8。四个第二介质单元13、14、15和16的横截面均为等腰三角形。每个第二介质单元分别位于相邻的两个第一介质单元之间，即每两个相邻的第一介质单元之间有一个第二介质单元，且每个第二介质单元的第二侧壁2分别与同其相邻的第一介质单元的第一侧壁1相对并接触。其中，第二介质单元13位于第一介质单元9与第一介质单元12之间，相应地，第二介质单元13、15和16依次沿顺时针方向位于相应的两个相邻的第一介质单元之间。四个第二介质单元的第四侧壁4均面向背景介质31。

众所周知，当电磁波束入射到两种不同介质的交界面时，会发生折射，折射的方向跟电磁波入射的角度和两种介质的折射率有关，即遵循斯奈尔定律n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，其中，n₁和n₂分别为入射电磁波和折射电磁波所在介质的折射率，θ₁和θ₂分别为电磁波的入射角和折射角。相对而言，交界面两边介质的折射率相差越大，电磁波在这一交界面出射时相对于入射时发生的偏移越大。电磁波在各向异性介质交界面处的折射情况与入射电磁波的极化方向有关。与各向异性介质的情况不同，本发明电磁波隐身器件所用的第一介质单元和第二介质单元都是各向同性的，在这些介质的交界面处的折射与电磁波的极化方向无关，所以本发明电磁波隐身器件的隐身效果与电磁波的极化方向无关，可以对全极化电磁波实现隐身。

以下结合图4和图5详细说明电磁波束入射到如图4所示的电磁波隐身器件所经历的轨迹。以图4作为示例，假设电磁波束在背景介质31中沿水平方向从左至右入射到本发明电磁波隐身器件，此时电磁波束垂直于第一介质单元12的第三侧壁3。电磁波束的传播可以形象地用很多平行的射线来表示。这些射线表示所在位置处的电磁波束的传播特性，射线的方向表示在射线所在位置处的电磁波束的能量的传播方向（也即坡印廷矢量的方向）。射线也可以表示为在射线位置处的电磁波束的传播轨迹，所有这些平行的射线的传播也形象地构成了总的电磁波束的传播特性。电磁波束入射前的传播方向（或称之为“轨迹”）与第一介质单元12的第三侧壁3垂直。由于相邻的第二介质单元13与第二介质单元16之间的“结合线”M形成一个奇点，入射到本发明电磁波隐身器件中的电磁波束将分为三部分：（1）图4中，在“结合线”M处以上部分的波束（归类为电磁波束Ⅰ）；（2）在“结合线”M处以下部分的波束（归类为电磁波束II）；（3）入射到“结合线”M处的波束(归类为电磁波束III)。电磁波束在本发明电磁波隐身器件中的传播也可以由很多平行射线表示。这些平行射线在本发明电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹也形象地构成了整个电磁波束在本发明电磁波隐身器件的相应区域的传播轨迹。以电磁波束17（包括轨迹17a、17b、17c、17d和17e）为例，其他平行电磁波束在本发明电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹分别与电磁波束23在本发明电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹平行，因此可以作类似分析。在电磁波束17中，17a表示的是电磁波束入射到本发明电磁波隐身器件前在背景介质31中的轨迹，轨迹17a与第一介质单元12的第三侧壁3垂直。当电磁波束17由背景介质31入射到该电磁波隐身器件的外壁时，电磁波在背景介质31与第二介质单元13的交界面处发生折射，电磁波束17在第二介质单元13内偏移到如轨迹17b所在位置。当电磁波束17经过第二介质单元13与第一介质单元9的交界面时发生第二次折射，电磁波束17在第一介质单元9内再度发生偏移至轨迹17c所在的位置，此时电磁波束17所在的轨迹17c的方向恰好能与入射到本发明电磁波隐身器件前的轨迹17a的方向平行但有一个纵向的位移。当电磁波束17继续经过第一介质单元9与第二介质单元14的交界面时发生第三次折射，电磁波束17在第二介质单元14内向下发生偏移至轨迹17d所在的位置。当电磁波束17向前经过第二介质单元14与背景介质31的交界面时发生第四次折射，电磁波束17出射回到背景介质31中的轨迹17e的方向与入射时的轨迹17a的方向相同，即电磁波束17在入射到本发明电磁波隐身器件前的轨迹17a与出射时的轨迹17e在同一直线上。由于其他电磁波束在本发明电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹分别与电磁波束17在本发明电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹平行，它们在入射到本发明电磁波隐身器件前的轨迹与出射时各自的轨迹都在相应的同一直线上，没有发生任何改变。因此电磁波束I入射到本发明电磁波隐身器件前的轨迹与出射时的轨迹相比也没有发生任何改变。

以上通过图4分析了电磁波在“结合线”M处以上部分的波束（电磁波束I）以垂直于第一介质单元12的第三侧壁3的方向由背景介质31向本发明电磁波隐身器件入射，然后依次沿着依次相邻的第二介质单元13、第一介质单元9、第二介质单元14后出射到背景介质31的轨迹。由于对称性，显然可以确定，电磁波的下半部分波束（即电磁波束II）由背景介质31向本发明电磁波隐身器件入射后，则是依次经由依次相邻的第二介质单元16、第一介质单元11、第二介质单元15，最后出射到背景介质31。因此，电磁波束入射到本发明电磁波隐身器件时，上半部分的波束将向上偏转，下半部分的波束将向下偏转，从而绕过中间部分的隐身区域8，并在出射时回到原来的路径上，使隐身区域8内的物体达到隐身。

对于电磁波恰好从背景介质入射到“结合线”M处的电磁波束（即电磁波束III），由于第二介质单元13与第二介质单元16的“结合线”M只是一个奇点，面积无限小，也即表示照射在“结合线”M上总的电磁波功率（单位面积的坡印廷功率与结合线M处面积的乘积）为0，所以该“结合线”M本身不会破坏器件的整体隐身效果。可见，所有电磁波进入本发明电磁波隐身器件后均经过多次的折射而绕过中间的隐身区域8，从而使隐身区域8内的物体不可见，并且同一波束在出射时的轨迹与入射时的轨迹在同一直线上，如同没有受到任何阻碍一般，因此起到了很好的隐身效果。

以下结合图5举例说明本发明电磁波隐身器件的结构参数及各介质单元的折射率之间的关系。假定第一介质单元的折射率为n_第一，第二介质单元的折射率为n_第二，背景介质的折射率为n_背景，第一介质单元的第一顶角为α，第二介质单元的第二顶角为β,第一介质单元的第一底边的长度为A，第二介质单元的第二底边的长度B。当电磁波束以图5所示的水平方向从背景介质31入射到第二介质单元13时在交界面处发生折射，在背景介质31中电磁波束的入射方向与第一介质单元12的第三侧壁3垂直。电磁波束在背景介质31与第二介质单元13的交界面处的入射角为θ_1入=45°，折射角为θ_1出，根据斯奈尔定律，n_背景sin45°=n_第二sinθ_1出。当折射后的电磁波束继续入射到第二介质单元13与第一介质单元9的交界面时再次发生折射，入射角为θ_2入=θ_1出+α/2-45°，折射角为θ_2出=α/2，根据斯奈尔定律，n_第二sin(θ_1出+α/2-45°)=n_第一sin(α/2)。综合以上公式，可得到：

此外，第二介质单元的等腰三角形横截面的底角为90°-β/2，根据几何结构，(90°-β/2)×2+α=90°，可得到β=90°+α。同时，为保证在第二介质单元13处的电磁波束能入射到第二介质单元13与第一介质单元9的交界面处，需要同时满足以下公式：

假设背景介质的折射率为n_背景=1.361，第二介质单元的折射率采用n_第二=1，第一介质单元的第一顶角采用α=56°，根据以上公式可以得到：β=146°以及第一介质单元的折射率n_第一=1.791。在实际应用中，可以根据背景介质的折射率n_背景的情况，设定第一介质单元的第一顶角α、第一介质单元的折射率n_第一、第二介质单元的折射率n_第二这三个变量中的任意两个变量而得出其他的变量的值。

图6所示为电磁波从折射率为n₁的介质18入射到厚度为w、折射率为n_x的平行板介质19，并在平行板介质的第二个交界面出射到折射率为n₂的介质20中的电磁波折射情况。根据斯奈尔定律，可以得到：n₁sinθ₁=n_xsinθ_x1,n_xsinθ_x2=n₂sinθ₂。其中，θ₁是电磁波从折射率为n₁的介质18入射到折射率为n_x的介质19时的入射角；θ_x1为电磁波从折射率为n₁的介质18入射到折射率为n_x的介质19时的折射角；θ_x2为电磁波从折射率为n_x的介质19入射到折射率为n₂的介质20时的入射角；θ₂为电磁波从折射率为n_x的介质19入射到折射率为n₂的介质20时的折射角。因为θ_x1=θ_x2，所以可以得到n₁sinθ₁=n₂sinθ₂。另外，θ′₂为没有平行板介质19时，电磁波直接从折射率为n₁的介质18入射到折射率为n₂的介质20发的折射角，由于同样满足如下斯奈尔定律：n₁sinθ₁=n₂sinθ′₂，可以得到：θ′₂=θ₂，即电磁波从折射率为n₁的介质18直接传播到折射率为n₂的介质20，与电磁波从折射率为n₁的介质18先入射到折射率为n_x的平板介质19再传播到折射率为n₂的介质20，两者出射到介质20的电磁波的方向保持不变，只会产生一个较小的位移，如图6所示，通过分析计算得到该位移为： $\left|d\right|=|w\&CenterDot;(\tan {\mathrm{\&theta;}}_2-\tan \left(\arcsin \left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\&theta;}}_1}{n_x}\right)\right))\&CenterDot;\cos {\mathrm{\&theta;}}_2|.$

图7所示为本发明电磁波隐身器件的第二种实施方式的示意图。在图7所示的电磁波隐身器件中，四个第一介质单元9、10、11、12的横截面为等腰三角形，且四个第一介质单元的第三侧壁3面向隐身区域8；四个第二介质单元13、14、15、16的横截面为等腰三角形，且分别位于相邻的两个第一介质单元之间，四个第二介质单元的第四侧壁4面向背景介质31；相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物23相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物23接触，第二介质单元的第四侧壁4与背景介质31之间由第一固体分隔物22相隔，第一介质单元的第三侧壁3与隐身区域8之间由第三固体分隔物24相隔。如果第一介质单元和第二介质单元均为固体，那么，此时本发明电磁波隐身器件的结构或者如图3、4和5所示，或者相当于图7所示但没有其中的第一固体分隔物22和第三固体分隔物24的情形。如果第一介质单元为固体，第二介质单元为流体，那么，如图13所示，第二介质单元13、14、15、16的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，此时，本发明电磁波隐身器件的结构或者相当于图7所示但没有其中的第三固体分隔物24的情形，或者相当于图7所示但没有其中的第三固体分隔物24和第二固体分隔物23且相邻的第一侧壁和第二侧壁直接接触的情形。如果第一介质单元为流体，第二介质单元为固体，那么，如图12所示，第一介质单元9、10、11、12的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，此时，本发明电磁波隐身器件的结构或者相当于图7所示但没有其中的第一固体分隔物22的情形，或者相当于图7所示但没有其中的第一固体分隔物22和第二固体分隔物23且相邻的第一侧壁和第二侧壁直接接触的情形。如果第一介质单元为流体，第二介质单元为流体，那么，如图12和图13所示，第一介质单元9、10、11、12的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，第二介质单元13、14、15、16的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，此时，本发明电磁波隐身器件的结构如图7所示。

以下通过对比入射到有固体分隔物的本发明电磁波隐身器件的电磁波束21（包括轨迹21a，21b,21c，21d和21e）和入射到没有固体分隔物的本发明电磁波隐身器件的电磁波束17（包括轨迹17a，17b,17c，17d和17e）的轨迹，来分析各固体分隔物对本发明电磁波隐身器件隐身效果的影响。如图7所示，选取固体分隔物对电磁波束的影响最大的情况来分析，即在隐身器件中同时存在第一固体分隔物22、第二固体分隔物23和第三固体分隔物24的情形。当电磁波束21从背景介质31以垂直于第一介质单元12的第三侧壁3的方向沿着轨迹21a（电磁波束21在背景介质31中的轨迹21a与电磁波束17在背景介质31中的轨迹17a的位置相同）经过第一固体分隔物22并入射到第二介质单元13时，电磁波束的轨迹21b的方向与没有经过第一固体分隔物而直接入射到第二介质单元13的电磁波束的轨迹相比不变，而位移则偏移了d₁，即：电磁波束的轨迹21b与轨迹17b的方向相同，但是有一个d₁的位移，其中d₁的位移是由第二介质单元13和背景介质31之间的第一固体分隔物22所引起的。当电磁波束21进入到第二介质单元13并继续传播，进而通过第二介质单元13和第一介质单元9之间的第二固体分隔物23而入射到第一介质单元9时，在第一介质单元9的轨迹21c与轨迹17c相比，其方向保持不变，但在位移方面，轨迹21c与轨迹17c相比，由于第二介质单元13和第一介质单元9之间的第二固体分隔物23的存在，额外增加了d₂的位移。根据对称性和费马路径可逆原理，电磁波束21由第一介质单元9通过第一介质单元9和第二介质单元14之间的第二固体分隔物23并入射到第二介质单元14时，第一介质单元9和第二介质单元14之间的第二固体分隔物23所引起的位移为–d₂，即与没有第二固体分隔物23时相比，第二介质单元14的轨迹21d与轨迹17d之间的间距减少了d₂的偏移，但方向保持不变；电磁波束21由第二介质单元14通过第二介质单元14和背景介质31之间的第一固体分隔物22时，第二介质单元14和背景介质31之间的第一固体分隔物22将引起-d₁的位移，即与没有第一固体分隔物22时相比，第二介质单元12的轨迹21e与轨迹17e之间的间距又减少了d₁的偏移，但方向保持不变,从而使最终出射到背景介质31中的电磁波束的轨迹21e的方向与轨迹17e的方向相同，且两者的轨迹重合。因此，电磁波束21按先后顺序沿着依次相邻的第二介质单元13、第一介质单元9、第二介质单元14出射到背景介质31中的轨迹21e与入射时的轨迹21a的方向仍然相同，并且在同一直线上。

图11所示是物体32未置于隐身器件内而直接处于电磁波束照射下产生阴影的示意图。当物体32为横截面呈正方形的柱体时，在电磁波束照射下，会在物体32的后面呈现出阴影区域。在垂直于电磁波波束传播方向的平面上，该阴影的形状为矩形，因此阴影面积的大小可以用在垂直电磁波波束传播方向的平面上该阴影的宽度33来量化表示。而将物体置于电磁波隐身器件的隐身区域内时，阴影的宽度则会减小，由此使阴影的面积也减小。阴影的面积越小，则表明隐身的效果越好。

如图7所示，由于第二介质单元13与第二介质单元16不再直接接触形成一个面积无限小的“结合线”，而是在两者之间由有一定厚度的第二固体分隔物23隔开，因此，从背景介质31入射到第二介质单元13与第二介质单元16之间的第二固体分隔物23上的电磁波束并不会按照电磁波束21的轨迹入射到第二介质单元13，从而不能实现正确的折射，这部分电磁波束因为没有能够在本发明电磁波隐身器件的另一边出射，因此隐身器件的后面出现阴影区域，在垂直于电磁波束入射方向的平面上，该阴影的形状为矩形。下面以隐身效果最差的情况（对应为在垂直于电磁波束的入射方向的平面上的阴影的面积最大的情况）为例，分析第一固体分隔物的厚度和第二固体分隔物的厚度需要满足何种条件，隐身器件才能具有隐身效果。由于第一固体分隔物的折射率大于等于第二介质单元的折射率，第二固体分隔物的折射率大于等于第二介质单元的折射率，因此在垂直于电磁波束出射的方向的平面上产生的阴影的最大宽度L与背景介质的折射率n_背景、第一介质单元的折射率n_第一、第二介质单元的折射率n_第二、第一介质单元的第一顶角α、第一固体分隔物的厚度w₁以及第二固体分隔物的厚度w₂之间满足如下式所示的关系：

其中，

θ_1入=45°；

根据以上公式，当第一固体分隔物的厚度w₁与第二固体分隔物的厚度w₂确定时，产生的阴影的最大宽度L与背景介质的折射率n_背景、第一介质单元的折射率n_第一、第二介质单元的折射率n_第二以及第一介质单元的第一顶角α有关。由于背景介质的折射率n_背景、第一介质单元的折射率n_第一、第二介质单元的折射率n_第二以及第一介质单元的第一顶角α满足以下条件：n_背景>n_第二≥n_背景/1.4、n_第一>n_第二和根据计算可以得到，在上述条件下，产生的阴影的最大宽度为而当与本发明隐身器件的隐身区域的形状和大小相同的物体未置于隐身器件内时，该物体在电磁波照射下，在垂直于电磁波束出射方向的平面上所产生的矩形阴影的宽度为H。可以计算得到H≥A,其中A为第一介质单元的第一底边的长度。因此，只要满足

即在

这种情况下，本发明电磁波隐身器件都能有效地减少物体产生的阴影面积，使得与该隐身器件的隐身区域的形状和大小相同的物体放在隐身器件中时产生的阴影的宽度L始终小于物体未置于隐身器件内时所产生的阴影的宽度H，因此始终具有一定的隐身效果。

以上给出了产生的阴影的最大宽度L的公式，其中，第一固体分隔物或者第二固体分隔物的厚度越小，阴影的宽度就越小。当第一介质单元和第二介质单元中的其中一种不为流体而为固体时，可以不需要相应的第一固体分隔物或者第二固体分隔物。特别地，当第一介质单元与第二介质单元均为固体且没有固体分隔物时，阴影的宽度L=0，此时能实现完全隐身。

图8所示为构成本发明电磁波隐身器件的另一种第二介质单元，该第二介质单元为横截面呈等腰梯形的柱体。图9所示为本发明电磁波隐身器件的第三种实施方式的示意图。在图9中，四个第一介质单元9、10、11、12的横截面均为等腰三角形，这四个第一介质单元9、10、11、12的第三侧壁3面向隐身区域8；四个第二介质单元25、26、27、28的横截面均为等腰梯形，且分别位于相邻的两个第一介质单元之间，即每两个相邻的第一介质单元之间有一个第二介质单元，且每个第二介质单元的第五侧壁5分别与同其相邻的第一介质单元的第一侧壁1接触，四个第二介质单元25、26、27、28、的第六侧壁6面向背景介质31，四个第二介质单元25、26、27、28的第七侧壁7则面向隐身区域8。

参见图9，以电磁波束29为例进一步说明如下：

电磁波束29以垂直于第一介质单元12的第三侧壁3的方向入射，按先后顺序经过依次相邻的第二介质单元13、第一介质单元9、第二介质单元14后出射到背景介质31中的轨迹29e与入射时的轨迹29a的方向相同且在同一直线上，并且不经过中间的隐身区域8。由于其他平行入射的电磁波束在本发明电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹分别与电磁波束29在本发明电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹平行，它们在入射到本发明电磁波隐身器件前的轨迹与出射时各自的轨迹都在相应的同一直线上，没有发生任何改变，并且由背景介质向隐身器件入射的同一电磁波波束，都是按先后顺序经过依次相邻的第二介质单元、第一介质单元、第二介质单元后出射到所述背景介质中，根据斯奈尔定律以及参照图5的分析，可以得出，第一介质单元的折射率n_第一，第二介质单元的折射率n_第二，背景介质的折射率n_背景，第一介质单元的第一顶角α满足如下式所示的关系：

此外，第二介质单元的等腰梯形的横截面的底角为

根据几何结构，

可得到γ=90°+α。同时，为保证在第二介质单元13处的电磁波束能入射到第二介质单元13与第一介质单元9的交界面处，需要同时满足以下公式：

上述公式中，A表示第一介质单元的第一底边的长度，C表示第二介质单元的第三底边的长度。另外，第二介质单元的第四底边的长度D相应地可以根据A和C得到：

可以看到，在满足

时，第二介质单元的第四底边的长度D都是大于等于0，而在D等于0时，就是第二介质单元的横截面为等腰三角形的情况。

图10所示为本发明电磁波隐身器件的第四种实施方式的示意图。在图10中，四个第一介质单元9、10、11、12的横截面为等腰三角形，且四个第一介质单元9、10、11、12的第三侧壁3面向隐身区域8；四个第二介质单元25、26、27、28的横截面为等腰梯形，且分别位于相应的相邻的两个第一介质单元之间；四个第二介质单元25、26、27、28的第六侧壁6面向背景介质31，四个第二介质单元25、26、27、28的第七侧壁7面向隐身区域8，相邻的第一侧壁1和第五侧壁5之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁1和第五侧壁5均与对应的第二固体分隔物23接触，第二介质单元的第六侧壁6与背景介质31之间由第一固体分隔物22相隔，第二介质单元的第七侧壁7与隐身区域8之间由第三固体分隔物24相隔，第一介质单元第三侧壁3与隐身区域8之间由第三固体分隔物24相隔。如果第一介质单元和第二介质单元均为固体，那么，此时本发明电磁波隐身器件结构或者如图9所示，或者相当于图10中没有第一固体分隔物22和第三固体分隔物24的情形。如果第一介质单元为固体，第二介质单元为流体，那么，如图14所示，第二介质单元25、26、27、28的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，此时，本发明电磁波隐身器件的结构或者相当于图10所示但没有其中的第一介质单元与隐身区域8之间的第三固体分隔物24的情形，或者相当于图10所示但没有其中的第二固体分隔物23和第一介质单元与隐身区域8之间的第三固体分隔物24、并且相邻的第一侧壁1和第五侧壁5直接接触的情形。如果第一介质单元为流体，第二介质单元为固体，那么，如图12所示，第一介质单元9、10、11、12的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，此时，本发明电磁波隐身器件的结构或者相当于图10所示但没有其中的第一固体分隔物22和第二介质单元与隐身区域8之间的第三固体分隔物24的情形，或者相当于图10所示但没有其中的第一固体分隔物22、第二固体分隔物23、第二介质单元与隐身区域8之间的第三固体分隔物24、并且相邻的第一侧壁1和第五侧壁5直接接触的情形。如果第一介质单元为流体，第二介质单元为流体，那么，如图12和图14所示，第一介质单元9、10、11、12的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，第二介质单元25、26、27、28的上端、下端与背景介质31之间分别由第四固体分隔物34相隔，此时，本发明电磁波隐身器件的结构如图10所示。

如图10所示，通过分析入射到有固体分隔物的本发明电磁波隐身器件的电磁波束30，电磁波束30以垂直于第一介质单元12的第三侧壁3的方向，按先后顺序经过依次相邻的第二介质单元13、第一介质单元9、第二介质单元14出射到背景介质31中的轨迹30e与入射时的轨迹30a的方向相同且在同一直线上，并且不经过中间的隐身区域。隐身区域内的物体产生的阴影的宽度也由第一固体分隔物和第二固体分隔物的厚度和折射率所决定，由于背景介质的折射率n_背景、第一介质单元的折射率n_第一、第二介质单元的折射率n_第二以及第一介质单元的第一顶角α满足如下条件：n_背景>n_第二≥n_背景/1.4、n_第一>n_第二和

通过分析计算可以得到，在上述条件下，隐身区域内的物体所产生的阴影的最大宽度为

当第一固体分隔物的厚度w₁和第二固体分隔物的厚度w₂满足条件

时，本发明电磁波隐身器件都能有效地减少隐身物体的阴影，使得与该隐身器件的隐身区域的形状和大小相同的物体放在隐身器件中时产生的阴影的宽度L始终小于物体未置于隐身器件内时所产生的阴影的宽度H，因此始终具有一定的隐身效果。同样地，第一固体分隔物或者第二固体分隔物的厚度越薄（即第一介质单元和第二介质单元之间的间距越小），阴影的宽度就越小。当第一介质单元和第二介质单元中有一种不为流体时，可以不需要相应的第一固体分隔物或者第二固体分隔物。特别地，当第一介质单元与第二介质单元均为固体且没有固体分隔物时，阴影的宽度L=0，此时能实现完全隐身。

虽然图4、图5、图7、图9和图10中只画出了电磁波束从左边水平入射时的情况，但是，根据本发明电磁波隐身器件的对称性，电磁波束可以从垂直于任意一个第一介质单元的第三侧壁的方向向电磁波隐身器件入射，且具有同样的隐身效果，因此，本发明电磁波隐身器件能实现在四个方向上隐身的效果。

需要说明的是，在本发明中，当提及第一介质单元的侧壁与第二介质单元的侧壁接触时，所谓的“接触”是指在第一介质单元的侧壁与第二介质单元的侧壁之间不存在任何其他介质；当提及第一介质单元、第二介质单元的侧壁与相应的固体分隔物接触时，所谓的“接触”是指在第一介质单元与相应的固体分隔物之间、第二介质单元的侧壁与相应的固体分隔物之间均不存在任何其他介质的情况。

Claims (4)

1.一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件，其特征是：它包括四个各向同性的第一介质单元和四个各向同性的第二介质单元，所述第一介质单元和第二介质单元对入射的电磁波是透明的，第一介质单元的折射率大于第二介质单元的折射率，第一介质单元为横截面呈等腰三角形的柱体，第二介质单元或者为横截面呈等腰三角形的柱体、或者为横截面呈等腰梯形的柱体；

所述各第一介质单元的横截面的顶角为第一顶角，各第一介质单元的横截面的两个腰为第一腰，各第一介质单元的横截面的底边为第一底边，第一介质单元的所述第一腰所在的侧壁为第一侧壁，第一介质单元的所述第一底边所在的侧壁为第三侧壁；

若第二介质单元的横截面呈等腰三角形，则第二介质单元的横截面的顶角为第二顶角、两个腰为第二腰、底边为第二底边，第二介质单元的所述第二腰所在的侧壁为第二侧壁，第二介质单元的所述第二底边所在的侧壁为第四侧壁；

若第二介质单元的横截面呈等腰梯形，则第二介质单元的横截面的两腰的延长线所构成的夹角为第三角，第二介质单元的横截面的两个腰为第三腰、下底边为第三底边、上底边为第四底边，第二介质单元的所述第三腰所在的侧壁为第五侧壁，第二介质单元的所述第三底边所在的侧壁为第六侧壁，第二介质单元的所述第四底边所在的侧壁为第七侧壁；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，每两个相邻的第一介质单元之间设有一个第二介质单元，相邻的第二侧壁和第一侧壁相对，各第二介质单元的第四侧壁面向背景介质，各第一介质单元的第三侧壁面向隐身区域；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元和第二介质单元均为固体，那么，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元为固体，第二介质单元为流体，那么，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第四侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为固体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰三角形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为流体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第四侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔，相邻的第一侧壁和第二侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第二侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，每两个相邻的第一介质单元之间设有一个第二介质单元，相邻的第五侧壁和第一侧壁相对，各第二介质单元的第六侧壁面向背景介质，各第二介质单元的第七侧壁面向隐身区域，各第一介质单元的第三侧壁面向隐身区域；

当第二介质单元的横截面为等腰梯形时，如果第一介质单元和第二介质单元均为固体，那么，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，如果第一介质单元为固体，第二介质单元为流体，那么，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第六侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔，第二介质单元的第七侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为固体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔；并且，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁接触，或者相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

当第二介质单元的横截面呈等腰梯形时，如果第一介质单元为流体，第二介质单元为流体，那么，第一介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第一介质单元的第三侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔，第二介质单元的上端、下端与背景介质之间分别由第四固体分隔物相隔，第二介质单元的第六侧壁与背景介质之间由第一固体分隔物相隔，第二介质单元的第七侧壁与隐身区域之间由第三固体分隔物相隔，相邻的第一侧壁和第五侧壁之间由第二固体分隔物相隔且第一侧壁和第五侧壁均与对应的第二固体分隔物接触；

所述第一固体分隔物、第二固体分隔物和第四固体分隔物对入射的电磁波是透明的，第一固体分隔物的折射率大于等于第二介质单元的折射率，第二固体分隔物的折射率大于等于第二介质单元的折射率，并且第一固体分隔物的厚度、第二固体分隔物的厚度和第一介质单元的第一底边的长度之间满足如下式（1）所示的关系：

$\sqrt{2}\&times;w_1+11.2\&times;w_2<A---\left(1\right)$

式（1）中，w₁表示第一固体分隔物的厚度，w₂表示第二固体分隔物的厚度，A表示第一介质单元的第一底边的长度。

2.根据权利要求1所述的一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件，其特征是：所述第二介质单元的折射率与背景介质的折射率之间满足如下式（2）所示的关系：

n_背景>n_第二≥n_背景/1.4    （2）

式（2）中，n_背景表示背景介质的折射率，n_第二表示第二介质单元的折射率。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件，其特征是：以垂直于其中一个第一介质单元的第三侧壁的方向由背景介质向所述隐身器件入射的同一电磁波波束，能够按先后顺序经过依次相邻的第二介质单元、第一介质单元、第二介质单元出射到所述背景介质中，且同一电磁波波束在出射时与入射时在同一直线上。

4.根据权利要求3所述的一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件，其特征是：

若第二介质单元的横截面呈等腰三角形，则第一介质单元的折射率、第二介质单元的折射率、背景介质的折射率、第一介质单元的第一顶角、第二介质单元的第二顶角、第一介质单元的第一底边的长度和第二介质单元的第二底边的长度相互之间满足如下式（3）至式（6）所示的关系：

β=90°+α    (5)

若第二介质单元的横截面呈等腰梯形，则第一介质单元的折射率、第二介质单元的折射率、背景介质的折射率、第一介质单元的第一顶角、第二介质单元的第三角、第一介质单元的第一底边的长度和第二介质单元的第三底边的长度相互之间满足如上式（3）、（4）以及如下式（7）、（8）所示的关系：

γ=90°+α    (7)

在式（3）至（8）中，n_第一表示第一介质单元的折射率，n_第二表示第二介质单元的折射率，n_背景表示背景介质的折射率，α表示第一顶角，A表示第一介质单元的第一底边的长度，B表示第二介质单元的第二底边的长度，β表示第二顶角，C表示第二介质单元的第三底边的长度，γ表示第三角。

Images