文献综述
摘要：微波超材料在近十年中获得了愈来愈广泛的关注，原因在于它具有在自然界中并不存在的电磁特性，打破了传统材料或结构的物理极限，为经典电磁理论的发展开辟了崭新的研究空间，具有重大的科学意义和广阔的应用前景。超材料是被设计来获得不寻常特性的人造结构，如负折射，完美的透镜或超级透镜和隐蔽伪装。近年来，有专家提出编码式超材料结构（coding metamaterial），通过采用具有反相特性的两种单元结构（“0”和“1”），同时进行不同的排布方式，可以实现更大的设计自由度，在实现不同的散射特性及缩减RCS等方面具有很好的应用。
关键字：超材料；隐形斗篷；天线；电磁吸波体；可编程
正文
1.超材料的发展历程
超材料是一种通过设计获取不同寻常电磁特性的人工结构，是由前苏联理论物理学家Veselago[1]在1968年最先提出的。他从Maxwell方程出发，分析了电磁波在拥有负磁导率和负介电常数材料中传播的情况，对电磁波在其中传输时表现出的电磁特性做了阐述。遗憾的是由于左手材料在自然界中并不存在， Veselago 的研究结果一直没有得到证实，所以当时并没有引起大家的关注。直到 1996 年英国帝国理工大学的Pendry教授开始考虑如何制造左手材料. Pendy 等人提出利用周期排列的细金属杆制造介电常数为负的材料[2]，接着在1999 年采用由2个开口的薄铜环内外相套而成的微结构胞元，设计出一种具有磁响应的周期结构[3]，即开口谐振环结构。2000年，Shelby和Smith在微波范畴内通过将金属线和环谐振器按照一定的方式周期排列首次人工合成了一种具备负介电常数和磁导率的复合材料，这为电磁学和材料学的发展带来了一次新的革命[4]。在2001年 Pendy 提出左手材料可以用于实现完美透镜[5]，这就进一步推进了超材料的发展。 2006年，美国杜克大学得Smith等人[6]完成了世界上首个超材料隐身斗篷验证实验，实现了超材料让一个物体在微波射线下隐形。近年来，有专家提出编码式超材料结构（coding metamaterial）[7]，通过采用具有反相特性的两种单元结构（“0”和“1”），同时进行不同的排布方式，可以实现更大的设计自由度。
2.超材料的研究现状
2.1 超材料“隐身斗篷”发展现状
超材料隐身斗篷即探测波（光波、电磁波或机械波）从外界进入其内部时，将绕过其所覆盖的物体继续沿入射方向传播，看起来就像其内部的物体不存在一样，从而实现了物体的完美隐身[8]。
在隐身斗篷设计方法上，Pendry提出通过坐标变换得到梯度变化的电磁本构参数，利用超材料的特殊电磁响应特性拟合这些本构参数就能得到实现完美隐身的隐身斗篷；Leonhardt提出采用保角变换的方法构造可实现准完美隐身的隐身斗篷，之后又提出通过非欧几何构造隐身斗篷[9]。隐身斗篷与外界的交互作用一直是该领域研究热点。Chen等人给出了平面波入射下球形超材料隐身斗篷内外部电磁场的解析解，从理论上证明了完美隐身的可实现性[10]。Ruan等人研究了微小扰动对圆柱隐身斗篷性能的影响[11]。Ma等人提出了开口隐身斗篷与多开口隐身斗篷概念，使得隐身斗篷内外部能够进行物质交换[12]。
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