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期刊论文 14

年份

2023 3

2022 3

2021 3

2020 4

2015 1

关键词

可编程超表面 2

4比特可重构天线阵列 1

60 GHz；封装天线；共面波导馈电环形谐振器；玻璃集成无源器件；超表面天线；小型化天线 1

“彩虹”捕获 1

互耦；多输入多输出；天线阵列；超表面；去耦 1

低剖面 1

低副瓣 1

信息超表面 1

光刻 1

大规模多输入多输出 1

对跖Vivaldi天线；超宽带；高介电常数；双极化；超表面透镜 1

数字编码方法 1

智能电磁调控 1

片上生物传感 1

石墨烯超表面；太赫兹吸收器；欧米伽形石墨烯图案 1

等离子体飞行头 1

纳米加工 1

表面等离子体激元 1

表面等离激元 1

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基于玻璃集成无源器件工艺的60-GHz小型化宽带超表面天线 Research Articles

Hai-yang XIA, Jin-can HU, Tao ZHANG, Lian-ming LI, Fu-chun ZHENG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年 第21卷 第1期   页码 174-181 doi: 10.1631/FITEE.1900453

摘要： 提出一种面向封装天线应用的60-GHz小型化宽带超表面天线。基于玻璃集成无源器件制造技术，采用共面波导馈电环形谐振器表征玻璃基板的材料特性。该天线于高介电常数玻璃基板上设计以实现天线小型化。在TM10模式下，贴片单元之间的间隙使该天线贴片辐射孔径得以减小。该天线在结构上采用共面波导馈电，进而激励蝶形缝隙，最终耦合激励位于天线上表面的超表面贴片。该天线可同时支持TM10模和反相TM20模，从而提升带宽性能。经过设计、优化及加工，该天线的辐射贴片尺寸为0.31λ0×0.31λ0，厚度为0.06λ0。采用基于探针结构的天线测量装置完成该天线测试，测试结果显示天线带宽为53.3～67 GHz。在60 GHz频点处，该天线增益测量值约为5 dBi。

关键词： 60 GHz；封装天线；共面波导馈电环形谐振器；玻璃集成无源器件；超表面天线；小型化天线    

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超材料：重新塑造与重新思考 Review

刘若鹏,季春霖,赵治亚,周添

《工程（英文）》 2015年 第1卷 第2期   页码 179-184 doi: 10.15302/J-ENG-2015036

摘要：

超材料是一种复合材料，它在声学、电学、磁学或光学等方面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在其中起到了决定性的作用。超材料在发展过程中不断地重新定义着材料科学的边界。在电磁学领域和其他领域，借助于定制化的材料特性和在外部刺激作用下的可调特性，这种材料展现出了优越的灵活性。在本文中，我们对超材料技术及其转化方面进行了介绍，对其工业化进程进行了分析，并且提供了自身的经验和对未来的展望。

关键词： 超材料，超材料表面，智能结构，超材料器件，工业化    

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基于语音识别的电磁调控智能超表面 Article

柏林, 刘元可, 徐亮, 张政, 王强, 蒋卫祥, 仇成伟, 崔铁军

《工程（英文）》 2023年 第22卷 第3期   页码 185-190 doi: 10.1016/j.eng.2022.06.026

摘要：

本研究提出并实现了一种基于人类语音识别的智能超表面平台，用于对电磁波束进行可编程调控。该智能超表面平台由数字编码超表面、语音识别模块、单片机和数模转换器（DAC）电路组成，可根据预先存储的语音指令对电磁波进行智能控制。所构建的数字编码超表面包含6 × 6 个超级子单元，每个超级子单元由4 × 4 个嵌入了变容二极管的有源数字单元组成。语音识别模块配合DAC和单片机对语音指令进行识别，并生成对应的电压序列来控制超表面。此外，在超表面的设计过程中引入遗传算法，可有效优化超表面相位分布。为了验证智能超表面平台的性能，实验展示了雷达散射截面积缩减、涡旋波束生成和波束分裂三种典型功能。所提出的方案为调控电磁波提供了一种新途径，并在电磁和声学通信之间架起了一座桥梁。

关键词： 语音识别     可编程超表面     遗传算法     智能电磁调控    

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基于色散可调超构表面的宽带低剖面天线研究综述 Review Articles

Wei E. I. LIU, Zhi Ning CHEN, Xianming QING

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年 第21卷 第1期   页码 27-38 doi: 10.1631/FITEE.1900473

摘要： 超构表面支持传播导波和表面波，并表现出新颖的色散特性。通过调控其独特的色散特性、设置特殊的边界条件以及选用合适的激励机制，低剖面的超构表面天线也能激励起多个邻近的谐振模式以实现宽带定向辐射。本文首先介绍3类典型宽带低剖面色散可调超构表面天线及其工作原理，接着详细综述色散可调超构表面天线技术的研究进展，重点讨论小型化、圆极化、波束扫描等应用设计。这种新近发展的色散可调超构表面技术，不仅能为宽带低剖面天线设计提供解决方案，更显示其在新型天线技术研发中的巨大潜力。

关键词： 超构表面天线；色散调控；复合左右手色散特性；导波；表面波；宽带；低剖面    

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Design and analysis of electrothermal metasurfaces

Xiu LIU, Zhuo LI, Zexiao WANG, Hyeong Seok YUN, Sheng SHEN

《能源前沿（英文）》 2023年 第17卷 第1期   页码 134-140 doi: 10.1007/s11708-022-0841-9

摘要： Electrothermal metasurfaces have garnered considerable attention owing to their ability to dynamically control thermal infrared radiation. Although previous studies were mainly focused on metasurfaces with infinite unit cells, in practice, the finite-size effect can be a critical design factor for developing thermal metasurfaces with fast response and broad temperature uniformity. Here, we study the thermal metasurfaces consisting of gold nanorods with a finite array size, which can achieve a resonance close to that of the infinite case with only several periods. More importantly, such a small footprint due to the finite array size yields response time down to a nanosecond level. Furthermore, the number of the unit cells in the direction perpendicular to the axis of nanorods is found to be insensitive to the resonance and response time; thus, providing a tunable aspect ratio that can boost the temperature uniformity in the sub-Kelvin level.

关键词： modulated thermal infrared radiation     metasurface     nanosecond response time     sub-Kelvin temperature uniformity     finite size     aspect ratio    

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基于高介电常数超表面透镜调制的性能增强对跖Vivaldi天线 Research Article

潘少鹏1,林铭团2,亓琳1,陈攀1,冯杨1,李高升1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年 第22卷 第12期   页码 1551-1684 doi: 10.1631/FITEE.2100139

摘要： 设计了工作频段为2～20 GHz的超表面单元以增强对跖Vivaldi天线的增益和辐射性能。设计的超表面单元结构简单、超宽带性能稳定、介电常数高，可独立调制两个极化电磁波。分析了单元上的电流分布，并提取等效电磁参数，以验证超表面单元对x极化电磁波和y极化电磁波进行独立调制的能力。设计的超表面单元被集成到对跖Vivaldi天线的口径中形成超表面透镜，用于引导电磁波传播。提出两种超表面透镜，将它们分别集成到对跖Vivaldi天线中衍生出天线Ant1和Ant2，并从电场幅度和相位角度分析透镜对电磁波的调制作用，进而得到最终设计方案。根据优化设计结果，加工并测试对跖Vivaldi天线和提出的天线Ant2，测试与仿真结果吻合良好。Ant2测得的阻抗带宽基本覆盖2～18 GHz频段，与传统对跖Vivaldi天线相比，提出的天线Ant2增益提高0.6～3.7 dB，副瓣电平大大降低，方向性也得到明显改善。

关键词： 对跖Vivaldi天线；超宽带；高介电常数；双极化；超表面透镜    

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利用超表面协同调制电磁波与数字信号以实现可编程无线通信 Article

万向, 肖朝昆, 黄鹤, 肖强, 许威, Yueheng Li, Joerg Eisenbeis, 王嘉伟, 黄梓艾, 程强, 金石, Thomas Zwick, 崔铁军

《工程（英文）》 2022年 第8卷 第1期   页码 86-95 doi: 10.1016/j.eng.2021.07.016

摘要：

在当前的无线电子信息系统中，数字信号和电磁辐射一般由不同的模块进行处理。本文基于可编程超表面提出了一种将数字信号调制与电磁辐射调控相融合的工作机制。可编程超表面包含大量亚波长尺度的数字编码单元，这些单元的数字状态构成了基于可编程超表面的信号调制与波束控制的口面编码序列。通过妥善设计空域和时域口面编码序列，可按指定方式同时对数字信号和远场方向图进行调控。为了实验验证该工作机制，我们提出了一种可编程无线通信系统。该系统可以产生指定方向的单个波束形成单通道信号传输，也可以产生指定的双波束形成双通道独立信号传输。实验结果很好地验证了可编程通信系统的各项功能。本文的研究成果在第五代/第六代（5G/6G）无线通信中以及无人机、自动驾驶等现代智能电子平台中具有重要的应用前景。

关键词： 雷达与通信一体化     可编程超表面     大规模多输入多输出    

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电磁超材料：从新物理现象到新信息系统 Review Articles

Rui-yuan WU, Tie-jun CUI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年 第21卷 第1期   页码 4-26 doi: 10.1631/FITEE.1900465

摘要： 由于对电磁波强大的调控能力，超材料和超表面吸引了越来越多研究者的关注。本文回顾总结近年来电磁超材料的发展，从最初的新物理现象到现在的新信息系统。首先展示等效媒质超材料的定义和应用，包括隐身衣和超材料透镜等。随后介绍二维超材料，即电磁超表面，对空间波和表面波的调控功能，同时概述表面等离子激元及其在微波段的应用。在此基础上，着重介绍新颖的数字编码超材料和可编程超材料，统称信息超材料。通过将理论层的信息科学与物理层的超材料设计联系在一起，实现一系列新型器件和系统，同时实现信息和电磁波调控。最后，对超材料的未来发展做出展望。

关键词： 超材料；等效媒质理论；超表面；表面等离子激元；数字编码；可编程；信息    

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石墨烯超表面宽入射角太赫兹吸收 Research

熊日辉1,彭小青2,李九生1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年 第22卷 第3期   页码 287-436 doi: 10.1631/FITEE.2000079

摘要： 针对可调宽带宽入射角太赫兹波吸收器，本文提出一种石墨烯超表面结构，该结构在二氧化硅基底上沉积了按平面阵列分布的欧米伽型石墨烯图案。讨论了石墨烯费米能级层和各种基底对吸收特性的影响。在0.82–2.0 THz频率范围内，当入射角为0°–60°时，该太赫兹吸收器的吸收率超过80%。本文研究成果将惠及太赫兹波通信和生物医学成像/传感系统的应用。

关键词： 石墨烯超表面；太赫兹吸收器；欧米伽形石墨烯图案    

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多天线系统的互耦抑制 Review

Jia-yin GUO, Feng LIU, Guo-dong JING, Lu-yu ZHAO, Ying-zeng YIN, Guan-long HUANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年 第21卷 第3期   页码 366-376 doi: 10.1631/FITEE.1900490

摘要： 多频带多天线系统已成为移动通信系统发展的重要趋势。但是，由于空间较小，天线单元之间往往会发生较强互耦，从而损坏阵列天线的性能。因此，在多输入多输出（MIMO）天线系统中，人们一直追求在天线阵列小型化的基础上，实现较高的隔离度。本文深入研究天线单元间的去耦方法，分析互耦原因及耦合减少的优势。然后，比较分析近期提出的解耦方法。最后，提出由双层短截线组成的超表面结构，以改善沿H面和E面排列的天线的端口隔离。结果表明，所提超表面对紧密放置的天线阵列具有良好去耦效果。

关键词： 互耦；多输入多输出；天线阵列；超表面；去耦    

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表面"彩虹"上的超分辨率光谱位移传感 Article

Lyu Zhou, Nan Zhang, Chang Chieh Hsu, Matthew Singer, Xie Zeng, Yizheng Li, Haomin Song, Josep Jornet, Yun Wu, Qiaoqiang Gan

《工程（英文）》 2022年 第17卷 第10期   页码 75-81 doi: 10.1016/j.eng.2022.03.018

摘要：

高精度的亚波长光波操纵在光谱学、传感和医学成像中可实现令人兴奋的新颖应用。这些应用中理想的目标是可实现光谱信息片上分析的小型化光谱仪。特别地，对于基于成像系统的光谱传感机制，其关键挑战是如何实现精准的空间信息分辨（即波长偏移或生物、化学表面结合引起的空间位移），这类似于超分辨率成像所带来的挑战。本文中，我们报道了一种特殊的可以捕获“彩虹”的超表面，并将其应用于芯片光谱仪和传感器。结合超分辨图像处理，通过低设置4×光学显微镜系统可分辨出等离子体“彩虹”捕获超表面上35 nm范围内共振位置的位移，同时该超表面的面积小至0.002 mm2。这种可实现高效耦合的“彩虹”等离子体共振空间操纵的独特特征为小型化片上光谱分析提供了一个新的平台，其光谱分辨率为0.032 nm波长偏移。通过使用该低设置4×光学显微镜成像系统，我们展示了A549 外泌体的生物传感分辨率为1.92×109个∙mL−1，并使用外泌体表皮生长因子受体（EGFR）的表达值来区分患者样本和健康对照样本，从而展示了一种精确特异性生物/化学传感检测应用的新型片上传感系统。

关键词： “彩虹”捕获     超表面     表面等离子体激元     超分辨位移     片上生物传感    

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基于超构表面等离激元透镜的高速并行近场直写纳米光刻系统 Article

胡跃强, 李苓, 王榕, 宋剑, 王鸿栋, 段辉高, 纪佳馨, 孟永钢

《工程（英文）》 2021年 第7卷 第11期   页码 1623-1630 doi: 10.1016/j.eng.2020.08.019

摘要：

具有简单、高效、低成本和高灵活性等特点的纳米加工技术在纳米尺度基础研究和原型验证中不可或缺。研究已证明，采用表面等离激元的近场光刻技术（即等离激元光刻）是一种有前景的解决方案。基于高速旋转基底上高刚度被动纳米间隙控制的加工系统是其中一种高效率加工方案。但是，为了研发出新一代具有高分辨率且可靠高效的纳米加工技术，需要探索一种更小更稳定的纳米间隙和新型等离激元透镜及其并行加工方案。因此，本文设计了一套并行等离激元直写纳米光刻系统。该系统应用了新型等离子浮动磁头，当转速为8~18 m⋅s−1时，其最小飞行高度可实现15 nm并且具有高平行度。本文还研制了一种多级的基于超构表面的偏振不敏感等离激元透镜。与传统的等离激元透镜相比，该透镜耦合的功率更大，焦点的范围更集中。该原型系统实现了约26 nm最小线宽的纳米结构并行光刻。该系统有望应用于高自由级、低成本的纳米加工技术，如平面光学元件和纳米机电系统。

 

关键词： 纳米加工     表面等离激元     光刻     等离子体飞行头     超构表面    

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基于信息超表面设计理念的一种平面4比特可重构天线阵列 Article

汪正兴, 杨汉卿, 邵睿文, 武军伟, 刘国标, 翟峰, 程强, 崔铁军

《工程（英文）》 2022年 第17卷 第10期   页码 64-74 doi: 10.1016/j.eng.2022.03.019

摘要：

受信息超表面设计理念即数字编码概念的启发，一种具有0.15λ0（λ0为波长）低剖面的平面4比特可重构天线阵列被提出。这个阵列是基于由1比特磁电偶极子和小型化反射式移相器组成的数字编码辐射单元组成。通过对两个对称馈电端口单独馈电，所提出的1比特磁电偶极子能够在宽带范围内提供“0”和“1”两种数字状态。所涉及的反射式移相器可以提供173°的相对相移。通过在157.5°的相位范围内进行数字量化，可以进一步得到相移间隔22.5°的8种数字状态。为了实现低副瓣水平，一个基于泰勒线源方法的1:16功分器被用来给阵列馈电。我们加工并测试了所提出的4比特天线阵列样机，实验结果与仿真结果吻合很好。阵列能够实现±45°的扫角，12 GHz的最大增益为13.4 dBi，副瓣和交叉极化水平分别低于–14.3 dB和–23 dB。另外，波束指向误差在0.8°，法向波束的3–dB增益带宽为25%。由于阵列卓越的性能，它在雷达和通信系统中将有重要的应用前景。

关键词： 4比特可重构天线阵列     信息超表面     数字编码方法     低副瓣     低剖面    

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基于超表面实现波长选择性波前整形 Correspondence

蔡子信1,何欣1,刘鑫1,涂世杰1,孙昕婕1,Paul BECKETT2,Aditya DUBEY3,Arnan MITCHELL3,任光辉3,刘旭1,郝翔1,4,5

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年 第24卷 第4期   页码 617-625 doi: 10.1631/FITEE.2200510

摘要： 精确的、与波长相关的相位调制在许多领域中是必不可少的，比如超分辨成像、全彩色全息、微纳加工以及光通讯。这一要求很难通过单一的传统光学元件实现，一般需要使用多个光学元件组合完成。本文提出一种可以实现波长选择性波前整形的超表面设计方法。具体来说，本文设计了一种超表面，它能够对785 nm波长的光做涡旋相位调制，同时不影响590 nm波长的光保持原有相位分布。本文通过干涉仪以及对应点扩散函数的测量来验证不同波长下的波前分布。与已提出的空间复用方式以及色散工程的方法相比，我们提出的设计方法更加直接，优化难度小，适用于需要波长选择性编码的光学系统。本文所提平面光学器件对于需要波长选择性编码的光学系统具有重要应用意义。

关键词： 超表面；波长选择性；涡旋光；波前整形    

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标题 作者 时间 类型 操作

基于玻璃集成无源器件工艺的60-GHz小型化宽带超表面天线

Hai-yang XIA, Jin-can HU, Tao ZHANG, Lian-ming LI, Fu-chun ZHENG

期刊论文

超材料：重新塑造与重新思考

刘若鹏,季春霖,赵治亚,周添

期刊论文

基于语音识别的电磁调控智能超表面

柏林, 刘元可, 徐亮, 张政, 王强, 蒋卫祥, 仇成伟, 崔铁军

期刊论文

基于色散可调超构表面的宽带低剖面天线研究综述

Wei E. I. LIU, Zhi Ning CHEN, Xianming QING

期刊论文

Design and analysis of electrothermal metasurfaces

Xiu LIU, Zhuo LI, Zexiao WANG, Hyeong Seok YUN, Sheng SHEN

期刊论文

基于高介电常数超表面透镜调制的性能增强对跖Vivaldi天线

潘少鹏1,林铭团2,亓琳1,陈攀1,冯杨1,李高升1

期刊论文

利用超表面协同调制电磁波与数字信号以实现可编程无线通信

万向, 肖朝昆, 黄鹤, 肖强, 许威, Yueheng Li, Joerg Eisenbeis, 王嘉伟, 黄梓艾, 程强, 金石, Thomas Zwick, 崔铁军

期刊论文

电磁超材料：从新物理现象到新信息系统

Rui-yuan WU, Tie-jun CUI

期刊论文

石墨烯超表面宽入射角太赫兹吸收

熊日辉1,彭小青2,李九生1

期刊论文

多天线系统的互耦抑制

Jia-yin GUO, Feng LIU, Guo-dong JING, Lu-yu ZHAO, Ying-zeng YIN, Guan-long HUANG

期刊论文

表面"彩虹"上的超分辨率光谱位移传感

Lyu Zhou, Nan Zhang, Chang Chieh Hsu, Matthew Singer, Xie Zeng, Yizheng Li, Haomin Song, Josep Jornet, Yun Wu, Qiaoqiang Gan

期刊论文

基于超构表面等离激元透镜的高速并行近场直写纳米光刻系统

胡跃强, 李苓, 王榕, 宋剑, 王鸿栋, 段辉高, 纪佳馨, 孟永钢

期刊论文

基于信息超表面设计理念的一种平面4比特可重构天线阵列

汪正兴, 杨汉卿, 邵睿文, 武军伟, 刘国标, 翟峰, 程强, 崔铁军

期刊论文

基于超表面实现波长选择性波前整形

蔡子信1,何欣1,刘鑫1,涂世杰1,孙昕婕1,Paul BECKETT2,Aditya DUBEY3,Arnan MITCHELL3,任光辉3,刘旭1,郝翔1,4,5

期刊论文