南京大学冯一军教授团队：多功能和可重构超表面及其应用

创作时间:

2025-01-21 19:35:57

作者:

@小白创作中心

南京大学冯一军教授团队：多功能和可重构超表面及其应用

超材料是21世纪以来物理、材料、信息等科学领域的前沿研究热点。作为超材料的二维形式，电磁超表面因其对电磁波的超常调控能力，展现出良好的应用前景。南京大学冯一军教授团队在该领域持续研究二十余年，取得了多项重要成果。

超材料是以人工结构功能单元通过特定空间序构形成的具有突破性、颠覆性宏观性能的材料。在电磁信息科学及工程应用领域，人工电磁超材料由于其对电磁波的超常调控能力，也在不断提升甚至是颠覆传统的电磁信息探测、传输、处理、重现技术，展现出良好的应用前景。作为超材料的二维形式，由亚波长功能单元在平面或曲面内以特定序构形式构成的电磁超表面，既突破了传统媒质电磁参数的局限性，又大大缩小了媒质厚度尺寸，使电磁波调控器件的发展更加趋于小型化、平面化、共形化、多样化，进一步拓展了电磁波的调控手段和方法，成为当前电磁超材料研究的主要内容和发展方向。

图1 超表面研究发展历程示意简图

电磁超表面的应用探索

在电磁超材料的研究上，南京大学冯一军教授团队从当初的左手材料及左手传输线结构，到后来的超材料、变换光学及超表面，再到近年的多功能及可重构超表面及其应用，二十多年的持续研究和探索取得了一些有意义的研究成果。

图2 可重构超表面调控与常用实现方式

全书内容包括三个部分：

第一部分首先介绍电磁超表面的概念和发展现状，进而重点从电磁波幅度、相位、极化、方向等基本属性以及传输状态(透射、反射等) 的有效调控出发，对多功能超表面的设计方法和实现方案进行了详细的阐述，包括极化复用、方向复用和频率复用多功能超表面技术。这部分内容体现在本书的第1∼4 章。

第二部分主要介绍可重构电磁超表面，对可重构超表面的一般调控机制和设计方法进行了详细的阐述，通过一系列设计实例，介绍了动态吸收电磁波的可重构超表面吸波器、极化和空间复用相结合的可重构多功能超表面、时空调制超表面、可共形低散射超表面，以及机械可重构超表面的设计方法和电磁功能分析验证。这部分内容体现在本书的第5∼7 章。

第三部分主要介绍了可重构超表面在无线通信领域中的应用探索，包括基于可重构超表面的新体制无线通信系统相关研究工作，也探讨了智能表面对无线通信系统性能的提升和扩展。这部分内容体现在本书的第8 章。最后，在第9 章中展望了超表面的后续发展、研究方向和应用前景。