专刊：超表面天线

薛正辉

北京理工大学教授，博士生导师，曾任北京理工大学信息与电子学院副院长、党委书记，现任北京理工大学教务部部长。为中国电子学会高级会员、中国通信学会高级会员。担任中国电子学会电磁兼容分会副主任委员、中国电子学会遥感遥测遥控分会常务委员、中国通信学会电磁兼容委员会委员、中国电子学会微波分会电磁兼容专业委员会副主任委员、电磁兼容性国防科技重点实验室兼职教授、电磁环境效应航空科技重点实验室学术委员会委员。担任《微波学报》《无线电工程》编委及特邀审稿专家。先后主持和参与国家自然科学基金重点项目、国防预研课题、国防重点实验室基金课题和其他横向科研合作课题50余项，出版专著和教材7本，先后发表文章200余篇，多篇论文获奖。

清华大学电子工程系副教授，博士生导师。为英国工程技术学会(IET)会士、电气与电子工程师协会(IEEE)高级会员、中国电子学会(CIE)高级会员、应用计算电磁学会(ACES)会员、美国光学学会(OSA)会员、国际无线电联盟(URSI)会员。担任中国电子学会遥感遥测遥控分会委员。担任《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》等期刊编委。主要从事电磁材料与天线相关的研究，主要研究方向为极限参数电磁材料的基础特性与应用、基于超材料概念的新型微波器件与电路、宽带天线小型化理论与技术等。发表SCI检索论文150余篇，发表刊物包括《Science》《Science Advances》《Nature Communication》《Physical Review Applied》《IEEE Transactions on Antennas and Propagation 》等期刊。

中国电子科技集团公司第五十四研究所首席专家、副总工程师，西安电子科技大学兼职教授，工学博士，研究员，博士生导师，中国电子学会会士。先后担任澳大利亚平方公里阵(SKA)先导天线阵、上海65米射电望远镜天线系统、SKA项目关键技术研究等项目总设计师。获省部级科技进步奖共6项；获国家发明专利30项和实用新型专利21项；荣获探月工程嫦娥三号任务突出贡献者、河北省国防科技工业“十佳创新人物”、国务院政府特殊津贴专家、河北省劳动模范等荣誉。主要研究方向为反射面天线、超宽带和多频段馈源、阵列天线和超材料天线等。在国内外刊物和学术会议上发表论文120余篇,出版专著1部。

电子科技大学电子科学与工程学院教授，博士生导师，国家重大人才工程青年项目入选者，四川省特聘专家、IEEE高级会员。长期从事阵列天线理论与工程应用的研究。在国内外学术期刊及会议上累计发表论文160余篇，其中SCI期刊论文100篇，含IEEE Trans/Letters论文近60篇(《IEEE Trans. Antennas Propagat.》论文33篇)。申请国家发明专利30余项(授权19项)，授权软件著作权2项。部分研究成果在中电集团研究所及华为公司获得重要应用转化。曾获四川省优秀博士学位论文、福建省优秀硕士论文指导老师、第十七届全国大学生挑战杯“揭榜挂帅”专项赛特等奖指导老师、电子科技大学教学成果一等奖、四川省教学成果二等奖以及PIERS青年科学家奖等。目前担任SCI期刊《IEEE Access》《无线电工程》编委，以及《IEEE TAP》《IEEE AWPL》等10余个SCI期刊论文的评审工作。

内容导读

超材料是指将人造单元结构以特定方式排列而形成的、具有特殊电磁特征的人造结构材料，具有天然材料所不具备的超常物理性质。三维超材料可以用具有同等特性的二维平面结构来代替，也就是超表面。超常的物理特性使得电磁超材料/超表面的应用前景十分广泛，应用范围覆盖工业、军事和生活等各个方面。超表面可为高性能天线的实现提供新思路，实现高指向性天线和小型化、宽带化天线，能够提高天线的辐射效率和极化隔离度，或用于电磁波隐身及制造各种新型微波器件，因此具有重大的科学意义、广阔的研究前景和广泛的应用价值，已经成为国内外学术界、工程界的研究前沿和应用热点。鉴于此，《无线电工程》2022年第2期推出“超表面天线”专刊。专刊采用公开征稿和定向约稿相结合的方式组织稿件，通过专家评审最终确定录用稿件25篇，内容涵盖了超表面天线的发展综述、电磁超表面结构、基于超表面的阵列天线以及基于超表面实现的相控阵天线这四部分研究成果。

超表面天线的发展综述方向收录了5篇论文，涉及加载附属结构的微带天线、全向天线以及其他超表面天线的新概念、新机理和新技术。陆贵文等主要介绍了对半球面法布里-珀罗天线进一步优化的方法，讨论了其在不同波段的设计方法和加工工艺，通过总结半球面法布里-珀罗天线的现有应用，展望了其未来的潜在应用领域和研究方向。王双双等提出了一种加载周期性附属结构的宽带双极化微带天线，可完全覆盖5G(Sub-6)通信系统的工作频段及其他无线通信频段。赵家标等设计了一款基于阻抗表面加载的紧凑型水平极化全向高增益腔体天线，可应用于体积受限的全向无线通信系统。陈建锋等对基于超材料的导波结构电磁器件和天线设计进行了研究和分析。叶龙芳等综述了人工表面等离激元波导、滤波器、频扫漏波天线以及涡旋波天线的若干最新研究进展，展现了人工表面等离激元技术的重要应用前景，为新型人工表面等离激元波导与天线的开发及应用提供了参考。

电磁超表面结构方向收录了3篇论文。傅宇峰等通过对基元等效电路模型的分析，提出了一种基于电路相位实现的、具有宽带低散射特征和低频传输特性的多功能编码超表面。王禹翔等针对圆极化波解耦现有设计较为复杂的问题，设计了一种圆极化手性辅助微波段超表面，通过调节单元中圆弧的张角可以独立改变左旋/右旋圆极化波的反射相位，同时反射的同极化波束幅度能维持较高水平。尹丽媛等基于电磁波吸波结构对降低RCS的重要应用，提出了一种三维的具有双吸收带的频率选择传输结构，能够达到吸收-传输-吸收的频率选择响应。

基于超表面的阵列天线方向收录了13篇论文，全方位介绍了通过设计超表面单元实现具有RCS缩减、小型化、宽带、高增益以及极化可调性能的超表面阵列天线方面的研究成果，可为现代宽带无线通信系统天线的实现提供技术选择。陈强等提出了一种单层透波型阻抗超表面的电大尺寸天线阵RCS减缩方法，该超表面在垂直极化10 GHz处产生低插损透波窗口，而在其他频点和极化条件下则形成有耗阻抗表面，以在带外频段近似全反射特性的天线阵列作为接地面，能够实现宽带吸波及RCS减缩。刘洁等基于宽带极化转换超表面实现了天线RCS缩减。陈东旭等针对当前超表面圆极化天线研究中存在的尺寸大、带宽与小尺寸无法兼顾等问题，提出了一种容性加载的宽带紧凑型圆极化超表面天线。顾怡敏等提出了一种低剖面的宽带双极化超表面天线。张顺等基于特征模分析，设计了一款小型化超表面天线。王瑞等借助于特征模分析提出了一种仅需2个开关结构同时实现1 bit相位调控和转极化的单元结构。郭晓斌等针对大多数天线无法实现轨道角动量(OAM)的任意生成和切换的问题，设计并分析了一种基于1 bit的可编程超表面，探讨了其在涡旋电磁波的模态可重构方面的应用。刘桂凤等设计了一款基于超表面的超宽带低剖面双极化天线，在保证宽频带的情况下，实现了正交偶极子天线的低剖面特性。邱靓婕等针对传统反射阵天线产生涡旋电磁波存在方向及OAM模态单一的问题，设计了一款多波束涡旋电磁波反射阵天线,具有高增益、多模态特性。韩杼滨等设计了一种具有极化转换功能和低剖面优势的圆极化透射阵天线单元。吴林晓等通过设计幅相独立调控的超表面，用于透射阵透镜，从而实现了低副瓣电平性能，提升了天线的抗干扰能力。张哲豪等从提高增益角度提出了一种基于渐变折射率调制超表面的紧凑、宽带化、高定向性端射天线，可以应用于空间受限的走廊、隧道等平台环境中。郝轶楠等着眼于无限通信系统对天线集成化的需求，提出了一种与太阳能电池板集成的反射阵天线，用太阳能片底部金属层作为反射阵单元的辐射贴片，使得照射在太阳能电池上的光照不受天线遮挡，实现了最大化的光电转化效率。

基于超表面实现的相控阵天线方向收录了4篇论文。曹元熙等提出了基于电调超表面及柱面反射面的相控阵天线设计思路，该天线具有相对低成本、高效率的波束扫描特性，可适用于低成本的雷达及通信系统中。何应然等以介质加载的波导口形式设计相控阵单元，实现了宽角扫描，展现了电磁超表面技术在改善相控阵天线宽角扫描特性方面的重要作用。李靖豪等对二氧化钒(VO2)薄膜的相变调控特性及方法进行了理论分析和实验探索，实现了大范围频率可重构的超表面天线，同时保有VO2薄膜在毫米波频段的高隔离度和低损耗优势。张莹等则通过固定馈源、旋转反射阵面实现了双频反射阵的波束扫描，对旋转前后的反射阵口面相位分布进行了定量理论分析。

李 越

在专刊出版之际，谨在此衷心地感谢提供优质稿件的各位作者和参与稿件评审的各位专家学者，感谢他们对稿件的审阅和提出的宝贵意见，感谢参与本专刊策划和组稿工作的清华大学电子工程系李越副教授、中国电子科技集团公司第五十四研究所杜彪首席专家和电子科技大学微波工程系刘颜回教授，特别感谢《无线电工程》编辑部各位老师的辛勤工作和大力支持。希望本专刊能够对超材料/超表面天线的理论、技术和应用研究起到借鉴和促进作用。

杜 彪

刘颜回