專刊：超表面天線

薛正輝

北京理工大學教授，博士生導師，曾任北京理工大學信息與電子學院副院長、黨委書記，現(xiàn)任北京理工大學教務(wù)部部長。為中國電子學會高級會員、中國通信學會高級會員。擔任中國電子學會電磁兼容分會副主任委員、中國電子學會遙感遙測遙控分會常務(wù)委員、中國通信學會電磁兼容委員會委員、中國電子學會微波分會電磁兼容專業(yè)委員會副主任委員、電磁兼容性國防科技重點實驗室兼職教授、電磁環(huán)境效應(yīng)航空科技重點實驗室學術(shù)委員會委員。擔任《微波學報》《無線電工程》編委及特邀審稿專家。先后主持和參與國家自然科學基金重點項目、國防預(yù)研課題、國防重點實驗室基金課題和其他橫向科研合作課題50余項，出版專著和教材7本，先后發(fā)表文章200余篇，多篇論文獲獎。

清華大學電子工程系副教授，博士生導師。為英國工程技術(shù)學會(IET)會士、電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)高級會員、中國電子學會(CIE)高級會員、應(yīng)用計算電磁學會(ACES)會員、美國光學學會(OSA)會員、國際無線電聯(lián)盟(URSI)會員。擔任中國電子學會遙感遙測遙控分會委員。擔任《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》《Scientific Report》《Computer Applications in Engineering Education》《Microwave and Optical Technology Letters》《Sensors》《Electronics》等期刊編委。主要從事電磁材料與天線相關(guān)的研究，主要研究方向為極限參數(shù)電磁材料的基礎(chǔ)特性與應(yīng)用、基于超材料概念的新型微波器件與電路、寬帶天線小型化理論與技術(shù)等。發(fā)表SCI檢索論文150余篇，發(fā)表刊物包括《Science》《Science Advances》《Nature Communication》《Physical Review Applied》《IEEE Transactions on Antennas and Propagation 》等期刊。

中國電子科技集團公司第五十四研究所首席專家、副總工程師，西安電子科技大學兼職教授，工學博士，研究員，博士生導師，中國電子學會會士。先后擔任澳大利亞平方公里陣(SKA)先導天線陣、上海65米射電望遠鏡天線系統(tǒng)、SKA項目關(guān)鍵技術(shù)研究等項目總設(shè)計師。獲省部級科技進步獎共6項；獲國家發(fā)明專利30項和實用新型專利21項；榮獲探月工程嫦娥三號任務(wù)突出貢獻者、河北省國防科技工業(yè)“十佳創(chuàng)新人物”、國務(wù)院政府特殊津貼專家、河北省勞動模范等榮譽。主要研究方向為反射面天線、超寬帶和多頻段饋源、陣列天線和超材料天線等。在國內(nèi)外刊物和學術(shù)會議上發(fā)表論文120余篇,出版專著1部。

電子科技大學電子科學與工程學院教授，博士生導師，國家重大人才工程青年項目入選者，四川省特聘專家、IEEE高級會員。長期從事陣列天線理論與工程應(yīng)用的研究。在國內(nèi)外學術(shù)期刊及會議上累計發(fā)表論文160余篇，其中SCI期刊論文100篇，含IEEE Trans/Letters論文近60篇(《IEEE Trans. Antennas Propagat.》論文33篇)。申請國家發(fā)明專利30余項(授權(quán)19項)，授權(quán)軟件著作權(quán)2項。部分研究成果在中電集團研究所及華為公司獲得重要應(yīng)用轉(zhuǎn)化。曾獲四川省優(yōu)秀博士學位論文、福建省優(yōu)秀碩士論文指導老師、第十七屆全國大學生挑戰(zhàn)杯“揭榜掛帥”專項賽特等獎指導老師、電子科技大學教學成果一等獎、四川省教學成果二等獎以及PIERS青年科學家獎等。目前擔任SCI期刊《IEEE Access》《無線電工程》編委，以及《IEEE TAP》《IEEE AWPL》等10余個SCI期刊論文的評審工作。

內(nèi)容導讀

超材料是指將人造單元結(jié)構(gòu)以特定方式排列而形成的、具有特殊電磁特征的人造結(jié)構(gòu)材料，具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)。三維超材料可以用具有同等特性的二維平面結(jié)構(gòu)來代替，也就是超表面。超常的物理特性使得電磁超材料/超表面的應(yīng)用前景十分廣泛，應(yīng)用范圍覆蓋工業(yè)、軍事和生活等各個方面。超表面可為高性能天線的實現(xiàn)提供新思路，實現(xiàn)高指向性天線和小型化、寬帶化天線，能夠提高天線的輻射效率和極化隔離度，或用于電磁波隱身及制造各種新型微波器件，因此具有重大的科學意義、廣闊的研究前景和廣泛的應(yīng)用價值，已經(jīng)成為國內(nèi)外學術(shù)界、工程界的研究前沿和應(yīng)用熱點。鑒于此，《無線電工程》2022年第2期推出“超表面天線”?？？捎霉_征稿和定向約稿相結(jié)合的方式組織稿件，通過專家評審最終確定錄用稿件25篇，內(nèi)容涵蓋了超表面天線的發(fā)展綜述、電磁超表面結(jié)構(gòu)、基于超表面的陣列天線以及基于超表面實現(xiàn)的相控陣天線這四部分研究成果。

超表面天線的發(fā)展綜述方向收錄了5篇論文，涉及加載附屬結(jié)構(gòu)的微帶天線、全向天線以及其他超表面天線的新概念、新機理和新技術(shù)。陸貴文等主要介紹了對半球面法布里-珀羅天線進一步優(yōu)化的方法，討論了其在不同波段的設(shè)計方法和加工工藝，通過總結(jié)半球面法布里-珀羅天線的現(xiàn)有應(yīng)用，展望了其未來的潛在應(yīng)用領(lǐng)域和研究方向。王雙雙等提出了一種加載周期性附屬結(jié)構(gòu)的寬帶雙極化微帶天線，可完全覆蓋5G(Sub-6)通信系統(tǒng)的工作頻段及其他無線通信頻段。趙家標等設(shè)計了一款基于阻抗表面加載的緊湊型水平極化全向高增益腔體天線，可應(yīng)用于體積受限的全向無線通信系統(tǒng)。陳建鋒等對基于超材料的導波結(jié)構(gòu)電磁器件和天線設(shè)計進行了研究和分析。葉龍芳等綜述了人工表面等離激元波導、濾波器、頻掃漏波天線以及渦旋波天線的若干最新研究進展，展現(xiàn)了人工表面等離激元技術(shù)的重要應(yīng)用前景，為新型人工表面等離激元波導與天線的開發(fā)及應(yīng)用提供了參考。

電磁超表面結(jié)構(gòu)方向收錄了3篇論文。傅宇峰等通過對基元等效電路模型的分析，提出了一種基于電路相位實現(xiàn)的、具有寬帶低散射特征和低頻傳輸特性的多功能編碼超表面。王禹翔等針對圓極化波解耦現(xiàn)有設(shè)計較為復雜的問題，設(shè)計了一種圓極化手性輔助微波段超表面，通過調(diào)節(jié)單元中圓弧的張角可以獨立改變左旋/右旋圓極化波的反射相位，同時反射的同極化波束幅度能維持較高水平。尹麗媛等基于電磁波吸波結(jié)構(gòu)對降低RCS的重要應(yīng)用，提出了一種三維的具有雙吸收帶的頻率選擇傳輸結(jié)構(gòu)，能夠達到吸收-傳輸-吸收的頻率選擇響應(yīng)。

基于超表面的陣列天線方向收錄了13篇論文，全方位介紹了通過設(shè)計超表面單元實現(xiàn)具有RCS縮減、小型化、寬帶、高增益以及極化可調(diào)性能的超表面陣列天線方面的研究成果，可為現(xiàn)代寬帶無線通信系統(tǒng)天線的實現(xiàn)提供技術(shù)選擇。陳強等提出了一種單層透波型阻抗超表面的電大尺寸天線陣RCS減縮方法，該超表面在垂直極化10 GHz處產(chǎn)生低插損透波窗口，而在其他頻點和極化條件下則形成有耗阻抗表面，以在帶外頻段近似全反射特性的天線陣列作為接地面，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶吸波及RCS減縮。劉潔等基于寬帶極化轉(zhuǎn)換超表面實現(xiàn)了天線RCS縮減。陳東旭等針對當前超表面圓極化天線研究中存在的尺寸大、帶寬與小尺寸無法兼顧等問題，提出了一種容性加載的寬帶緊湊型圓極化超表面天線。顧怡敏等提出了一種低剖面的寬帶雙極化超表面天線。張順等基于特征模分析，設(shè)計了一款小型化超表面天線。王瑞等借助于特征模分析提出了一種僅需2個開關(guān)結(jié)構(gòu)同時實現(xiàn)1 bit相位調(diào)控和轉(zhuǎn)極化的單元結(jié)構(gòu)。郭曉斌等針對大多數(shù)天線無法實現(xiàn)軌道角動量(OAM)的任意生成和切換的問題，設(shè)計并分析了一種基于1 bit的可編程超表面，探討了其在渦旋電磁波的模態(tài)可重構(gòu)方面的應(yīng)用。劉桂鳳等設(shè)計了一款基于超表面的超寬帶低剖面雙極化天線，在保證寬頻帶的情況下，實現(xiàn)了正交偶極子天線的低剖面特性。邱靚婕等針對傳統(tǒng)反射陣天線產(chǎn)生渦旋電磁波存在方向及OAM模態(tài)單一的問題，設(shè)計了一款多波束渦旋電磁波反射陣天線,具有高增益、多模態(tài)特性。韓杼濱等設(shè)計了一種具有極化轉(zhuǎn)換功能和低剖面優(yōu)勢的圓極化透射陣天線單元。吳林曉等通過設(shè)計幅相獨立調(diào)控的超表面，用于透射陣透鏡，從而實現(xiàn)了低副瓣電平性能，提升了天線的抗干擾能力。張哲豪等從提高增益角度提出了一種基于漸變折射率調(diào)制超表面的緊湊、寬帶化、高定向性端射天線，可以應(yīng)用于空間受限的走廊、隧道等平臺環(huán)境中。郝軼楠等著眼于無限通信系統(tǒng)對天線集成化的需求，提出了一種與太陽能電池板集成的反射陣天線，用太陽能片底部金屬層作為反射陣單元的輻射貼片，使得照射在太陽能電池上的光照不受天線遮擋，實現(xiàn)了最大化的光電轉(zhuǎn)化效率。

基于超表面實現(xiàn)的相控陣天線方向收錄了4篇論文。曹元熙等提出了基于電調(diào)超表面及柱面反射面的相控陣天線設(shè)計思路，該天線具有相對低成本、高效率的波束掃描特性，可適用于低成本的雷達及通信系統(tǒng)中。何應(yīng)然等以介質(zhì)加載的波導口形式設(shè)計相控陣單元，實現(xiàn)了寬角掃描，展現(xiàn)了電磁超表面技術(shù)在改善相控陣天線寬角掃描特性方面的重要作用。李靖豪等對二氧化釩(VO2)薄膜的相變調(diào)控特性及方法進行了理論分析和實驗探索，實現(xiàn)了大范圍頻率可重構(gòu)的超表面天線，同時保有VO2薄膜在毫米波頻段的高隔離度和低損耗優(yōu)勢。張瑩等則通過固定饋源、旋轉(zhuǎn)反射陣面實現(xiàn)了雙頻反射陣的波束掃描，對旋轉(zhuǎn)前后的反射陣口面相位分布進行了定量理論分析。

李 越

在?？霭嬷H，謹在此衷心地感謝提供優(yōu)質(zhì)稿件的各位作者和參與稿件評審的各位專家學者，感謝他們對稿件的審閱和提出的寶貴意見，感謝參與本專刊策劃和組稿工作的清華大學電子工程系李越副教授、中國電子科技集團公司第五十四研究所杜彪首席專家和電子科技大學微波工程系劉顏回教授，特別感謝《無線電工程》編輯部各位老師的辛勤工作和大力支持。希望本專刊能夠?qū)Τ牧?超表面天線的理論、技術(shù)和應(yīng)用研究起到借鑒和促進作用。

杜 彪

劉顏回