CN203587889U - 电磁波隐身器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电磁波隐身器件。它包含四个对入射的电磁波是透明且各向同性的介质单元，其中，第一和第四介质单元为横截面呈直角三角形的柱体，第二和第三介质单元为横截面呈三角形的柱体；第二和第三介质单元位于第一和第四介质单元之间；第一介质单元的上底面的斜边所在的侧面的一个侧棱与第二介质单元的一个侧棱重叠，第三介质单元的一个侧棱与第四介质单元的上底面的斜边所在的侧面的一个侧棱重叠；第一介质单元的上底面的一个直角边所在的侧面与第四介质单元的上底面的一个直角边所在的侧面平行；第一介质单元的上底面的另一直角边所在的侧面与第四介质单元的上底面的另一直角边所在的侧面的延伸面重叠。本实用新型适用于整个电磁波段。

Description

电磁波隐身器件

技术领域

本实用新型涉及一种电磁波隐身器件，属于电磁波隐身领域。 

背景技术

电磁波隐身技术，是指通过技术手段，使物体难以被电磁波探测到的技术。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。在可见光波段，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。 

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。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电磁波隐身器件，以克服现有技术的全部或部分缺陷。 

本实用新型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，本实用新型所采取的技术方案是： 

本实用新型电磁波隐身器件包括一个第一介质单元、一个第二介质单元、一个第三介质单元和一个第四介质单元，所述第一介质单元、第二介质单元、第三介质单元和第四介质单元对入射的电磁波是透明且是各向同性的，第一介质单元和第四介质单元为横截面呈直角三角形的柱体，第二介质单元和第三介质单元为横截面呈三角形的柱体； 

第二介质单元和第三介质单元位于第一介质单元和第四介质单元之间，第一介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱与第二介质单元的第一侧棱重叠，第三介质单元的第一侧棱与第四介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱重叠；第一介质单元的上底面的第一直角边所在的第一侧面与第四介质单元的上底面的第一直角边所在的第一侧面 平行；第一介质单元的上底面的第二直角边所在的第二侧面与第四介质单元的上底面的第二直角边所在的第二侧面的延伸面重叠；第二介质单元的第一侧棱所在的第一侧面与第一介质单元的第三侧面相对，第三介质单元的第一侧棱所在的第一侧面与第四介质单元的第三侧面相对；第二介质单元的第一侧棱所在的第二侧面与第三介质单元的第一侧棱所在的第二侧面相对或重合；第二介质单元的第三侧面与第三介质单元的第三侧面面向隐身区域； 

第一介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱为第一介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面与第一介质单元的上底面的第二直角边所在的第二侧面的相交线；第四介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱为第四介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面与第四介质单元的的上底面的第二直角边所在的第二侧面的相交线。 

进一步地，本实用新型所述第二介质单元的折射率与第三介质单元的折射率相同。 

进一步地，本实用新型在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面重合时，所述第二介质单元的第二侧面是与第三介质单元的第二侧面贴合在一起。 

进一步地，本实用新型在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面重合时，所述第二介质单元是与第三介质单元一体成型。 

进一步地，本实用新型所述隐身器件置于透明的背景介质中。 

进一步地，本实用新型在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面相对时，以垂直于所述第一介质单元的第一侧面的方向由背景介质向所述隐身器件入射的同一电磁波束，能够顺次经过第一介质单元、背景介质、第二介质单元、背景介质、第三介质单元、背景介质、第四介质单元出射到所述背景介质中，且同一电磁波束在出射时和入射时在同一直线上。 

进一步地，本实用新型在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面重合时，以垂直于所述第一介质单元的第一侧面的方向由背景介质向所述隐身器件入射的同一电磁波束，能够顺次经过第一介质单元、背景介质、第二介质单元、第三介质单元、背景介质、第四介质单元出射到所述背景介质中，且同一电磁波束在出射时和入射时在同一直线上。 

进一步地，本实用新型还满足以下式（1）至式（16）所示的关系： 

α₁=α₁₀=90°(3) 

α₁+α₂+α₃=α₄+α₅+α₆=α₇+α₈+α₉=α₁₀+α₁₁+α₁₂=180°(4) 

X₁<B₁<A₁sin(α₃+α₁₃)(5) 

X₂<B₂<A₂sin(α₁₂+α₁₄)(6) 

Y₁<C₁<A₁sin(α₃+α₁₃+α₄)(7) 

Y₂<C₂<A₂sin(α₁₂+α₁₄+α₇)(8) 

A₁=A₂(9) 

α₃+α₁₃+α₄<180°(10) 

α₁₂+α₁₄+α₇<180°(11) 

Y₁sin(180°-α₃-α₄-α₁₃)=Y₂sin(180°-α₁₂-α₇-α₁₄)(12)其中： 

在式（1）至（16）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_第三表示第三介质单元的折射率，n_第四表示第四介质单元的折射率，n_背景表示背景介质的折射率，α₁表示第一介质单元的横截面的直角，α₂、α₃分别表示第一介质单元的横截面的两个锐角，α₄、α₅、α₆分别表示第二介质单元的横截面的三个内角，α₇、α₈、α₉分别表示第三介质单元的横截面的三个内角，α₁₀表示第四介质单元的横截面的直角，α₁₁、α₁₂分别表示第四介质单元的横截面的两个锐角，α₁₃表示第一介质单元的第三侧面与第二介质单元的第一侧面之间的夹角；α₁₄表示第三介质单元的第一侧面与第四介质单元的第三侧面之间的夹角，A₁表示第一介质单元的上底面的第一直角边的长度，B₁表示第二介质单元的上底面与第二介质单元的第一侧面的相交边的长度，C₁表示第二介质单元的上底面与第二介质单元的第二侧面的相交边的长度，C₂表示第三介质单元的上底面与第三介质单元的第二侧面的相交边的长度，B₂表示第三介质单元的上底面与第三介质单元的第一侧面的相交边的长度，A₂表示第四介质单元的上底面的第一直角边的长度。 

进一步地，本实用新型还包括第五介质单元和第六介质单元，所述第五介质单元和第六介质单元对入射电磁波是透明的，第五介质单元和第六介质单元为横截面为矩形的柱体，第五介质单元的第一侧面与第一介质单元的第一侧面重合，第六介质单元的第一侧面与第四介质单元的第一侧面重合；电磁波由背景介质入射到第五介质单元的第一侧面相对的第二侧面，并从第五介质单元的第一侧面出射后入射到第一介质单元的第一侧面；电磁波由第四介质单元的第一侧面出射后入射到第六介质单元的第一侧面，并从第六介质单元的第一侧面相对的第二侧面出射到背景介质中。 

进一步地，本实用新型的第五介质单元的折射率与第一介质单元的折射率相同，第六介质单元的折射率与第四介质单元的折射率相同。 

进一步地，本实用新型的第五介质单元和第一介质单元一体成型，所述第六介质单元和第四介质单元一体成型。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

本实用新型以各向同性的介质单元来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，以垂直于第一介质单元的第一侧面的方向从背景介质入射的电磁波束，能够顺次经过本实用新型隐身器件的各介质单元以及背景介质而绕过隐身区域并出射到背景介质中，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，从而使隐身区域内的物体具有隐身的效果。本实用新型通过各个介质单元构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，通过各个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，由于构成本实用新型电磁波隐身器件的各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，本实用新型在可见光频段具有非常好的隐身效果；本实用新型电磁波隐身器件可适用于整个电磁波段。 

附图说明

图1是本实用新型电磁波隐身器件的第一介质单元的示意图； 

图2是本实用新型电磁波隐身器件的第二介质单元的示意图； 

图3是本实用新型电磁波隐身器件的第三介质单元的示意图； 

图4是本实用新型电磁波隐身器件的第四介质单元的示意图； 

图5是本实用新型电磁波隐身器件的第一种实施方式的整体结构示意图； 

图6是电磁波束通过图5所示电磁波隐身器件时的隐身效果示意图； 

图7是电磁波束在图5所示的电磁波隐身器件中传播的轨迹图； 

图8是第二种实施方式的电磁波隐身器件结构示意图，以及电磁波束在该电磁波隐身器件中传播的轨迹图； 

图9是第三种实施方式的电磁波隐身器件结构示意图，以及电磁波束在该电磁波隐身器件中传播的轨迹图； 

图10是第四种实施方式的电磁波隐身器件结构示意图，以及电磁波束在该电磁波隐身器件中传播的轨迹图； 

图11是第五种实施方式的电磁波隐身器件结构示意图，以及电磁波束在该电磁波隐身器件中传播的轨迹图； 

图12是第六种实施方式的电磁波隐身器件结构示意图，以及电磁波束在该电磁波隐身器件中传播的轨迹图； 

图中，1.第一介质单元；2.第二介质单元；3.第三介质单元；4.第四介质单元；5.电磁波隐身器件的隐身区域；6.背景介质所在区域；7a.电磁波束入射前在背景介质中的轨迹；7b.电磁波束在第一介质单元内的轨迹；7c.电磁波束从第一介质单元出射后的轨迹；7d.电磁波束在第二介质单元内的轨迹；7e.电磁波束从第二介质单元出射后的轨迹；7f.电磁波束在第三介质单元内的轨迹；7g.电磁波束从第三介质单元出射后的轨迹；7h.电磁波束在第四介质单元内的轨迹；7i.电磁波束从第四介质单元出射后在背景介质中的轨迹；α₁.第一介质单元的横截面的直角∠BAC；α₂.第一介质单元的横截面的锐角∠ABC；α₃.第一介质单元的横截面的锐角∠ACB；α₄.第二介质单元的横截面的内角∠DCE；α₅.第二介质单元的横截面的内角∠CDE；α₆.第二介质单元的横截面的内角∠CED；α₇.第三介质单元的横截面的内角∠FHG；α₈.第三介质单元的横截面的内角∠HFG；α₉.第三介质单元的横截面的内角∠HGF；α₁₀.第四介质单元的横截面的直角∠HJI；α₁₁.第四介质单元的横截面的锐角∠JIH；α₁₂.第四介质单元的横截面的锐角∠JHI；α₁₃.第一介质单元的第三侧面与第二介质单元的第一侧面之间的夹角；α₁₄.第三介质单元的第一侧面与第四介质单元的第三侧面之间的夹角；8.第五介质单元；9.第六介质单元；10.一体成型的第二介质单元与第三介质单元；11.一体成型的第五介质单元和第一介质单元；12.一体成型的第六介质单元和第四介质单元。 

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。 

图1所示为构成本实用新型电磁波隐身器件的第一介质单元1，第一介质单元1为横截面呈直角三角形的柱体。图2所示为构成本实用新型电磁波隐身器件的第二介质单元2，第二介质单元2为横截面呈三角形的柱体。图3所示为构成本实用新型电磁波隐身器件的第三介质单元3，第三介质单元3为横截面呈三角形的柱体。图4所示为构成本实用新型电磁波隐身器件的第四介质单元4，第四介质单元4为横截面呈直角三角形的柱体。 

图5示出的是本实用新型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5中，电磁波隐身器件由对入射电磁波透明的第一介质单元1、第二介质单元2、第三介质单元3和第四介质单元4构成，第二介质单元2和第三介质单元3位于第一介质单元1和第四介质单元4之间。第一介质单元1的上底面的斜边BC所在的第三侧面BCC’B’的第一侧棱CC’与第二介质单元2的第一侧棱CC’重叠，第三介质单元3的第一侧棱HH’与第四介质单元4的上底面的斜边HI所在的第三侧面HII’H’的第一侧棱HH’重叠；第一介质单元1的上底面的第一直角边AB所在的第一侧面ABB’A’与第四介质单元4的上底面的第一直角边IJ所在的第一侧面IJJ’I’平行；第一介质单元1的上底面的第二直角边AC所在的第二侧面ACC’A’与第四介质单元4的上底面的第二直角边HJ所在的第二侧面HJJ’H’的延伸面重叠；第二介质单元2的第一侧棱CC’所在的第一侧面CDD’C’与第一介质单元1的第三侧面BCC’B’相对，第三介质单元3的第一侧棱HH’所在的第一侧面GHH’G’与第四介质单元4的第三侧面HII’H’相对；第二介质单元2的第一侧棱CC’所在的第二侧面CEE’C’与第三介质单元3的第一侧棱HH’所在的第二侧面FHH’F’相对；第二介质单元2的第三侧面DEE’D’与第三介质单元3的第三侧面FGG’F’面向隐身区域5。第一介质单元1的上底面的斜边BC所在的第三侧面BCC’B’的第一侧棱CC’为第一介质单元1的上底面的斜边BC所在的第三侧面BCC’B’与第一介质单元1的上底面的第二直角边AC所在的第二侧面ACC’A’的相交线；第四介质单元4的上底面的斜边HI所在的第三侧面HII’H’的第一侧棱HH’为第四介质单元4的上底面的斜边HI所在的第三侧面HII’H’与第四介质单元4的上底面的第二直角边HJ所在的第二侧面HJJ’H’的相交线。 

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，本实用新型电磁波隐身器件所用的第一介质单元、第二介质单元、第三介质单元和第四介质单元都是各向同性的，在这些介质的交界面处的折射对电磁波的极化方向不敏感，所以本实用新型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6和图7详细说明电磁波束入射到如图5所示的电磁波隐身器件所经历的轨迹。以图6为例，假设电磁波束在背景介质6中沿水平方向从左至右入射到本实用新型电磁波隐身器件，此时电磁波束垂直于第一介质单元1的第一侧面ABB’A’。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。以电磁波束7（包括轨迹7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h和7i）为例，其他平行电磁波束在本实用新型电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹分别与电磁波束7在本实用新型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7中，7a表示的是电磁波束入射到本实用新型电磁波隐身器件前在背景介质中6的轨迹，轨迹7a与第一介质单元1的第一侧面ABB’A’垂直。当电磁波束7由背景介质6入射到背景介质6与第一介质单元1的第一侧面ABB’A’的交界面处时，电磁波束发生折射，由于电磁波束7a与第一介质单元1的第一侧面ABB’A’垂直，所以电磁波束7在第一介质单元1内的轨迹7b与7a方向相同。当电磁波束7经过第一介质单元1的第三侧面BCC’B’与背景介质6的交界面处时发生再次折射，电磁波束7偏移至轨迹7c所在的位置。当电磁波束7继续经过背景介质6与第二介质单元2的第一侧面CDD’C’的交界面处时，电磁波束再次发生折射，电磁波束在第二介质单元2内的轨迹偏移至7d所在的位置。当电磁波束7经过第二介质单元2的第二侧面CEE’C’与背景介质6的交界面处时，电磁波束再次折射，偏移至7e所在的位置，此时电磁波束7所在的轨迹7e的方向恰好能与入射到本实用新型电磁波隐身器件前的轨迹7a的方向平行但有一个纵向的位移。 

当电磁波束7继续经过背景介质6与第三介质单元3的第二侧面FHH’F’的交界面处时，电磁波束折射至7f所在的位置。当电磁波束7经过第三介质单元3的第一侧面GHH’G’与背景介质6的交界面处时，电磁波束发生再次折射，偏移至7g所在的位置。当电磁波束7经过背景介质6与第四介质单元4的第三侧面HII’H’的交界面时，电磁波束折射至7h所在的位置。当电磁波束7经过第四介质单元4的第一侧面IJJ’I’与背景介质6的交界面时，由于电磁波束7在第四介质单元4内的轨迹7h与第四介质单元4的第一侧面IJJ’I’垂直，电磁波束7在背景介质6中的轨迹7i与7h方向相同。 

电磁波束7经过多次折射，绕过中间的隐身区域5，而出射回到背景介质6时的轨迹7i与入射时的轨迹7a方向相同，即电磁波束7在入射到本实用新型电磁波隐身器件前的轨迹7a与出射时的轨迹7i在同一直线上。由于其他电磁波束在本实用新型电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹分别与电磁波束7在本实用新型电磁波隐身器件的各个区域的传播轨迹平行，它们在入射到本实用新型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，电磁波束入射到本实用新型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。可见，所有电磁波进入本实用新型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5，从而使隐身区域5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7举例说明本实用新型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1的折射率为n_第一，第二介质单元2的折射率为n_第二，第三介质单元3的折射率为n_第三，第四介质单元4的折射率为n_第四，背景介质6的折射率为n_背景，第一介质单元1的横截面的直角∠BAC为α₁，第一介质单元1的横截面的两个锐角∠ABC和∠ACB分别为α₂、α₃，第二介质单元2的横截面的三个内角∠DCE、∠CDE和∠CED分别为α₄、α₅、α₆，第三介质单元3的横截面的三个内角∠FHG、∠HFG和∠HGF分别为α₇、α₈、α₉，第四介质单元4的横截面的直角∠HJI为α₁₀，第四介质单元4的横截面的两个锐角∠JIH和∠JHI分别为α₁₁、α₁₂，第一介质单元1的第三侧面BCC’B’与第二介质单元2的第一侧面CDD’C’之间的夹角为α₁₃；第三介质单元3的第一侧面GHH’G’与第四介质单元4的第三侧面HII’H’之间的夹角为α₁₄，第一介质单元1的上底面ABC的第一直角边AB的长度 为A₁，第二介质单元2的上底面CDE与第二介质单元2的第一侧面CDD’C’的相交边CD的长度为B₁，第二介质单元2的上底面CDE与第二介质单元2的第二侧面CEE’C’的相交边CE的长度为C₁，第三介质单元3的上底面FGH与第三介质单元3的第二侧面FHH’F’的相交边FH的长度为C₂，第三介质单元3的上底面FGH与第三介质单元3的第一侧面GHH’G’的相交边GH的长度为B₂，第四介质单元4的上底面HIJ的第一直角边IJ的长度为A₂。 

当电磁波束7以图7所示的水平方向从背景介质6入射到背景介质6与第一介质单元1的第一侧面ABB’A’的交界面处时发生折射，由于电磁波束7a与第一介质单元1的第一侧面ABB’A’垂直，入射角为θ_1入=0°，根据斯奈尔定律，n_背景sinθ_1入=n_第一sinθ_1出，所以θ_1出=0°，电磁波束7在第一介质单元内的轨迹7b与7a方向相同。当电磁波束7继续入射到第一介质单元1的第三侧面BCC’B’与背景介质6的交界面处时，入射角为θ_2入=α₂，折射角为θ_2出，根据斯奈尔定律，有n_第一sinθ_2入=n_背景sinθ_2出。当电磁波束7继续入射到背景介质6与第二介质单元2的第一侧面CDD’C’的交界面处时，入射角为θ_3入=θ_2出-α₁₃，折射角为θ_3出，根据斯奈尔定律，有n_背景sinθ_3入=n_第二sinθ_3出。当电磁波束7继续入射到第二介质单元2的第二侧面CEE’C’与背景介质6的交界面处时，入射角为θ_4入=α₄-θ_3出，折射角为θ_4出=α₁₃+α₄-α₂，根据斯奈尔定律，有n_第二sinθ_4入=n_背景sinθ_4出。综合以上公式，可得到： 

根据同样的原理，分析电磁波束7在经过剩余交界面时折射的轨迹，可以得到： 

此外，因为第一介质单元1和第四介质单元4的横截面为直角三角形，有：α₁=90°，α₁₀=90°。根据三角形的内角公式，有：α₁+α₂+α₃=α₄+α₅+α₆=α₇+α₈+α₉=α₁₀+α₁₁+α₁₂=180°。同时，为了保证电磁波束按照预定的轨迹传播而不碰到其他交界面，需要同时满足： X₁<B₁<A₁sin(α₃+α₁₃)、X₂<B₂<A₂sin(α₁₂+α₁₄)、Y₁<C₁<A₁sin(α₃+α₁₃+α₄)和Y₂<C₂<A₂sin(α₁₂+α₁₄+α₇)。另外，为了保证入射的电磁波束与出射的电磁波束在同一直线上，有：A₁=A₂，α₃+α₁₃+α₄<180°，α₁₂+α₁₄+α₇<180°和Y₁sin(180°-α₃-α₄-α₁₃)=Y₂sin(180°-α₁₂-α₇-α₁₄)，其中： 

图7所示的电磁波隐身器件的第二介质单元2和第三介质单元3之间是不接触的。实际应用中，电磁波隐身器件的第二介质单元2与第三介质单元3之间可以互相贴合在一起，如图8所示。在第一介质单元1的上底面的第二直角边AC所在的第二侧面ACC’A’与第四介质单元4的上底面的第二直角边HJ所在的第二侧面HJJ’H’的延伸面重叠的前提下，入射到电磁波隐身器件前的电磁波束7a与出射到背景介质6中的轨迹7i始终在同一直线上，电磁波隐身器件仍然有很好的隐身效果。 

当电磁波隐身器件的参数满足α₁₃+α₄-α₂=0且α₁₄+α₇-α₁₁=0时，此时，如图9所示，第二介质单元2的第二侧面CEE’C’和第三介质单元3的第二侧面FHH’F’平行。此时，电磁波隐身器件的第二介质单元2与第三介质单元3可以互相贴合（即第二介质单元2的第二侧面CEE’C’与第三介质单元3的第二侧面FHH’F’重合）或者相隔一定的距离而呈现相对的状态。当电磁波隐身器件的第二介质单元2与第三介质单元3互相贴合时，轨迹7e的长度为零。 

如图10所示，在如图9所示电磁波隐身器件的基础上，如果电磁波隐身器件的第二介质单元2的第二侧面CEE’C’和第三介质单元3的第二侧面FHH’F’互相重合，且电磁波隐身器件的第二介质单元2与第三介质单元3的折射率相同，此时第二介质单元2和第三介质单元3可以一体成型10，在这种情况下，以垂直于所述第一介质单元1的第一侧面ABB’A’的方向由背景介质6向所述隐身器件入射的同一电磁波束，顺次经过第一介质单元1、背景介质6、一体成型的第二介质单元和第三介质单元10、背景介质6、第四介质单元出射4到背景介质6中，且同一电磁波束在出射时和入射时在同一直线上，此时经过第二介质单元2的轨迹7d、经过背景介质6的轨迹7e和经过第三介质单元3的轨迹7f整合为同一轨迹7d/7e/7f。 

如图11所示，在背景介质区域6，在本实用新型电磁波隐身器件中增加横截面为矩形的第五介质单元8和第六介质单元9。第五介质单元8的第一侧面ABB’A’与第一介质单元1的第一侧面ABB’A’贴合在一起而重合，第六介质单元9的第一侧面IJJ’I’与第四介质单元4的 第一侧面IJJ’I’贴合在一起而重合；电磁波由背景介质6入射到第五介质单元8的第一侧面ABB’A’相对的第二侧面KLL’K’，并从第五介质单元5的第一侧面ABB’A’出射，入射到第一介质单元1的第一侧面ABB’A’；电磁波由第四介质单元4的第一侧面IJJ’I’出射，入射到第六介质单元9的第一侧面IJJ’I’，并从第六介质单元9的第一侧面IJJ’I’相对的第二侧面MNN’M’出射到背景介质6中。因为入射的电磁波束的轨迹均垂直于第五介质单元8的第一侧面ABB’A’、第二侧面KLL’K’和第六介质单元9的第一侧面IJJ’I’、第二侧面MNN’M’，所以电磁波束通过第五介质单元8和第六介质单元9时的轨迹不发生变化，该电磁波隐身器件的效果不变。 

如图12所示，在如图11所示的电磁波隐身器件的基础上，如果电磁波隐身器件的第五介质单元8和第一介质单元1的折射率相同，此时第五介质单元8和第一介质单元1可以一体成型11，从而使第五介质单元8的第一侧面ABB’A’与第一介质单元1的第一侧面ABB’A’重合在一起；如果电磁波隐身器件的第六介质单元9和第四介质单元4的折射率相同，此时第六介质单元9和第四介质单元4也可以一体成型12，使第六介质单元9的第一侧面IJJ’I’与第四介质单元4的第一侧面IJJ’I’重合在一起。 

Claims (11)

1.一种电磁波隐身器件，其特征是：它包括一个第一介质单元、一个第二介质单元、一个第三介质单元和一个第四介质单元，所述第一介质单元、第二介质单元、第三介质单元和第四介质单元对入射的电磁波是透明且是各向同性的，第一介质单元和第四介质单元为横截面呈直角三角形的柱体，第二介质单元和第三介质单元为横截面呈三角形的柱体；

第二介质单元和第三介质单元位于第一介质单元和第四介质单元之间，第一介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱与第二介质单元的第一侧棱重叠，第三介质单元的第一侧棱与第四介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱重叠；第一介质单元的上底面的第一直角边所在的第一侧面与第四介质单元的上底面的第一直角边所在的第一侧面平行；第一介质单元的上底面的第二直角边所在的第二侧面与第四介质单元的上底面的第二直角边所在的第二侧面的延伸面重叠；第二介质单元的第一侧棱所在的第一侧面与第一介质单元的第三侧面相对，第三介质单元的第一侧棱所在的第一侧面与第四介质单元的第三侧面相对；第二介质单元的第一侧棱所在的第二侧面与第三介质单元的第一侧棱所在的第二侧面相对或重合；第二介质单元的第三侧面与第三介质单元的第三侧面面向隐身区域；

第一介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱为第一介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面与第一介质单元的上底面的第二直角边所在的第二侧面的相交线；第四介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面的第一侧棱为第四介质单元的上底面的斜边所在的第三侧面与第四介质单元的的上底面的第二直角边所在的第二侧面的相交线。

2.根据权利要求1所述的电磁波隐身器件，其特征是：所述第二介质单元的折射率与第三介质单元的折射率相同。

3.根据权利要求1或2所述的电磁波隐身器件，其特征是：在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面重合时，所述第二介质单元的第二侧面是与第三介质单元的第二侧面贴合在一起。

4.根据权利要求2所述的电磁波隐身器件，其特征是：在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面重合时，所述第二介质单元是与第三介质单元一体成型。

5.根据权利要求1所述的电磁波隐身器件，其特征是：所述隐身器件置于透明的背景介质中。

6.根据权利要求1所述的电磁波隐身器件，其特征是：在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面相对时，以垂直于所述第一介质单元的第一侧面的方向由背景介质向所述隐身器件入射的同一电磁波束，能够顺次经过第一介质单元、背景介质、第二介质单元、背景介质、第三介质单元、背景介质、第四介质单元出射到所述背景介质中，且同一电磁波束在出射时和入射时在同一直线上。

7.根据权利要求1所述的电磁波隐身器件，其特征是：在所述第二介质单元的第二侧面与第三介质单元的第二侧面重合时，以垂直于所述第一介质单元的第一侧面的方向由背景介质向所述隐身器件入射的同一电磁波束，能够顺次经过第一介质单元、背景介质、第二介质单元、第三介质单元、背景介质、第四介质单元出射到所述背景介质中，且同一电磁波束在出射时和入射时在同一直线上。

8.根据权利要求6或7所述的电磁波隐身器件，其特征是：它还满足以下式（1）至式（16）所示的关系：

α₁=α₁₀=90°                                            (3)

α₁+α₂+α₃=α₄+α₅+α₆=α₇+α₈+α₉=α₁₀+α₁₁+α₁₂=180°             (4)

X₁<B₁<A₁/sin(α₃+α₁₃)                                    (5)

X₂<B₂<A₂/sin(α₁₂+α₁₄)                                   (6)

Y₁<C₁<A₁/sin(α₃+α₁₃+α₄)                                 (7)

Y₂<C₂<A₂/sin(α₁₂+α₁₄+α₇)                                (8)

A₁=A₂                                                  (9)

α₃+α₁₃+α₄<180°                                        (10)

α₁₂+α₁₄+α₇<180°     (11)

Y₁sin(180°-α₃-α₄-α₁₃)=Y₂sin(180°-α₁₂-α₇-α₁₄)     (12)

其中：

在式（1）至（16）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_第三表示第三介质单元的折射率，n_第四表示第四介质单元的折射率，n_背景表示背景介质的折射率，α₁表示第一介质单元的横截面的直角，α₂、α₃分别表示第一介质单元的横截面的两个锐角，α₄、α₅、α₆分别表示第二介质单元的横截面的三个内角，α₇、α₈、α₉分别表示第三介质单元的横截面的三个内角，α₁₀表示第四介质单元的横截面的直角，α₁₁、α₁₂分别表示第四介质单元的横截面的两个锐角，α₁₃表示第一介质单元的第三侧面与第二介质单元的第一侧面之间的夹角；α₁₄表示第三介质单元的第一侧面与第四介质单元的第三侧面之间的夹角，A₁表示第一介质单元的上底面的第一直角边的长度，B₁表示第二介质单元的上底面与第二介质单元的第一侧面的相交边的长度，C₁表示第二介质单元的上底面与第二介质单元的第二侧面的相交边的长度，C₂表示第三介质单元的上底面与第三介质单元的第二侧面的相交边的长度，B₂表示第三介质单元的上底面与第三介质单元的第一侧面的相交边的长度，A₂表示第四介质单元的上底面的第一直角边的长度。

9.根据权利要求1所述的电磁波隐身器件，其特征是：还包括第五介质单元和第六介质单元，所述第五介质单元和第六介质单元对入射电磁波是透明的，第五介质单元和第六介质单元为横截面为矩形的柱体，第五介质单元的第一侧面与第一介质单元的第一侧面重合，第六介质单元的第一侧面与第四介质单元的第一侧面重合；电磁波由背景介质入射到第五介质单元的第一侧面相对的第二侧面，并从第五介质单元的第一侧面出射后入射到第一介质单元的第一侧面；电磁波由第四介质单元的第一侧面出射后入射到第六介质单元的第一侧面，并从第六介质单元的第一侧面相对的第二侧面出射到背景介质中。

10.根据权利要求9所述的电磁波隐身器件，其特征是：所述第五介质单元的折射率与第一介质单元的折射率相同，第六介质单元的折射率与第四介质单元的折射率相同。

11.根据权利要求10所述的电磁波隐身器件，其特征是：所述第五介质单元和第一介质单元一体成型，所述第六介质单元和第四介质单元一体成型。

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