近日，电磁工程实验室杨河林课题组在超表面调控电磁波特性及应用研究领域取得新进展，相关研究成果以“A Hybrid Mechanism Water-Based Metasurface for Antenna RCS Reduction”和 “Wideband Dual-Mode Vortex Wave Metasurface Based on Distance Inversion Method”为题发表在IEEE Transactions on Antennas and Propagation期刊（中科院一区top期刊），第一作者分别是2022级博士研究生杨月杰和2023级直博研究生汪祠骋, 杨河林教授为论文的通讯作者,华中师范大学为第一完成单位。

在电磁隐身领域，天线往往具有较强的散射特性，制约着系统整体的隐身性能，因此如何减小天线的雷达散射截面一直是重要的课题。课题组提出了一种利用混合机制进行散射缩减的方法，利用相位相消和吸波在宽频带内相的互补偿，设计了一款在10.6-26 GHz的超宽频带内具有低散射特性的水基超表面，并采用了辐射散射一体化的设计思路，用缝隙天线激励超表面，在不引入额外的辐射层的前提下使得缝隙天线的辐射和散射性能都得到了提高，混合机制水基超表面天线及仿真和实验结果如图1所示。该研究将水基天线和超表面引入了新的应用场景，为混合机制低散射天线的设计和分析提供了新思路。

图1 混合机制水基超表面天线及仿真和实验结果

在无线通信系统中,针对轨道角动量(OAM)正交特性的涡旋波理论及应用研究具有重要意义。现有的多功能涡旋波发生器往往受到色散效应的限制,仅能在少数频率点或窄带内工作。传统的解决方案往往导致模式纯度随频率变化而下降，限制了其在高容量复用无线通信系统中的应用潜力。为解决这一问题, 课题组提出了一种在宽带条件下产生双模态OAM涡旋波的方法。该方法首先利用Pancharatnam-Berry(PB)相位概念,在单一介质基板上实现360°反射相位覆盖。随后,为解决宽带条件下超表面色散导致OAM模式纯度降低的问题,提出了距离反演法，通过仿真设计、模型制作和测量验证该方法的有效性。仿真和测量结果均表明,该超表面可在8-14 GHz范围内(54.55%相对带宽)产生l = -1和l = +2的OAM波束。在此频率范围内,l = -1和l = +2模式的测量OAM纯度分别超过86%和82%，OAM涡旋波结构模型及仿真与实验测试结果如图2所示。该研究提出的超表面在高容量多路复用无线通信系统中具有潜在应用价值。

图2  OAM涡旋波结构模型

仿真与实验测试结果

相关研究工作得到中央高校基本科研业务费项目（No. CCNU22JC018）和湖北省重点研发项目（2023BAB061）的资助。

论文链接：

DOI: 10.1109/TAP.2024.3420079

DOI: 10.1109/TAP.2024.3470229

华大物院党委融媒体中心

华大物院团委宣传中心

通讯员|杨河林

责编|钟瑷忆

审校|俞云伟