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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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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：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。

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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超分辨率光谱位移传感"> 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：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 mm^{2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。}

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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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。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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基于刚性与非刚性Square-Twist胞元混合排布的折纸超材料设计与性能编程研究 Article

马家耀, 臧世玺, 陈焱, 由衷

《工程（英文）》 2022年第17卷第10期页码 82-92 doi: 10.1016/j.eng.2022.02.015

摘要：然而，目前关于此种超材料的几何设计和性能编程方法鲜有报道。本文通过将一系列不同类型的square-twist 折纸胞元进行空间排布，设计了一种新型折纸超材料。首先建立了超材料胞元的空间排布规则，保证了相邻胞元山-谷线折痕的几何匹配。进而进行了双轴拉伸实验，实验结果表明该新型超材料的变形能、最大刚度和初始峰值力均可由组成胞元的对应特性叠加得到，并且通过改变胞元类型、数量、几何参数、材料参数可以实现对超材料力学性能的大范围编程调控。此外，对具有固定胞元数量的超材料，通过改变山-谷线折痕的排布可以得到胞元类型与数量不同的一系列超材料，从而实现根据具体需求的力学性能重编程。本工作为可编程折纸超材料的设计提供了新的思路，在机械等工程领域具有广阔的应用前景。

关键词：折纸超材料超材料 square-twist折纸非周期性排布可编程性

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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。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。

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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等离子表面冶金技术的现状与发展

徐重

《中国工程科学》 2002年第4卷第2期页码 36-41

摘要：

双层辉光离子渗金属技术已成功地在普通碳钢表面形成高速钢、其中包括时效硬化高速钢、不锈钢以及镍基合金等；该技术已成功地应用于手用锯条和机用锯条，使其齿部形成高速钢，锯条不仅具有高速钢的切削性能，而且柔韧不断;钛合金表面经离子渗钼等工处理后，Ti6Al4V的耐磨性得到大幅度提高;经离子渗铌等工艺处理后，TiAl金属间化合物的抗高温氧化性能明显改善。

在双层辉光离子渗金属技术的基础上，又发展了加弧辉光离子渗金属，双辉钎焊技术，双阴极辉光放电超硬薄膜合成技术，以及陶瓷表面金属化和异性材料焊接技术等。

关键词：等离子体等离子表面冶金双层辉光离子渗金属

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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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一种低剖面双极化可编程双波束扫描天线阵列 Perspective

朱世超,宁远帆,褚宏波,肖培,李高升

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第10期页码 1504-1512 doi: 10.1631/FITEE.2300253

摘要：提出一种基于全息控制理论的低剖面双极化双波束扫描天线阵列。巧妙设计辐射单元，以通过控制集成在每个单元上的PIN二极管的状态实现可重构极化和辐射相位调制。通过设计直流偏置电路，利用单片机对天线阵列数字编码，实现波束的二维动态精确偏转。加工制作了一个2单元子阵列和一个6×12阵列，并对该天线系统的数字可控辐射方向图特性进行实验验证。

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极化可编程阵列天线 Article

陈定昭, 刘颜回, 李明, 郭攀, 曾卓, 胡俊, Y. Jay Guo

《工程（英文）》 2022年第16卷第9期页码 100-114 doi: 10.1016/j.eng.2022.03.015

摘要：本文提出了极化可编程的可重构天线阵列新概念，该阵列由多个具有有限极化数目的可重构天线单元组成。通过对所有的阵列单元的极化状态进行编程并采用一个新的优化策略对极化状态进行优化，证明了该阵列可以在矢量方向图中实现任意期望的LP，同时精确控制副瓣和交叉极化电平（XPL），从而完美匹配所需的通信信号的极化

关键词：阵列天线极化可编程天线可重构天线

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超疏水SiO2/PS 薄膜于木材表面的构建

张明,王成毓

《中国工程科学》 2014年第16卷第4期页码 83-86

摘要：

通过溶胶-凝胶法一步合成疏水性且具备独特形貌的二氧化硅粒子，联合聚苯乙烯以滴涂的方式于木材表面仿生合成了稳定性超疏水薄膜。经处理后的木材表面与水的静态接触角为153°，滚动角小于5°。通过扫描电子显微镜照片观察到该复合涂层拥有微米/亚微米的二维等级粗糙结构，该结构协同低表面能物质共同决定超疏水性木材的成功制得。此外，进一步研究了超疏水性木材表面的稳定性和耐久性。结果表明，该超疏水性木材于水、腐蚀性液体（酸液/碱液）、常见有机溶剂中以及一些常见条件下仍保留超疏水特性，为未来木材材料的应用领域扩展提供了有利条件。

关键词：超疏水木材表面滴涂法复合薄膜

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可编程软件定义网络的新架构与安全技术：综述 None

Shen WANG, Jun WU, Wu YANG, Long-hua GUO

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第12期页码 1500-1521 doi: 10.1631/FITEE.1800575

摘要：本文为可编程SDN最新进展相关研究提供一个全面综述，分析已被研究和有待解决的问题，并分析在框架架构和安全领域的发展趋势。

关键词：软件定义网络（SDN）；安全；可编程

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互联微电网可编程自适应安全扫描 Article

姜自民, 唐泽帆, 张鹏, 秦彦源

《工程（英文）》 2021年第7卷第8期页码 1087-1100 doi: 10.1016/j.eng.2021.06.007

摘要：信息与物理系统的集成使得微电网获得了极佳的分布可控性、可扩展性和可观性；然而，恶意网络攻击者由此亦可以利用微电网信息物理系统中各种潜在的漏洞对微电网实施破坏。本文提出一种可编程自适应安全扫描（PASS）技术，用以保护电力电子化微电网系统免受各类电力机器人（power bot）的攻击。可编程自适应扫描融合软件定义网络与新的协同检测方法；这一新的安全措施可以使得微电网的互联具有超高的弹性和安全性、低成本与高度自动化等优点。可编程自适应安全扫描技术的有效性和实用性在大量实验中得到了确证。

关键词：互联微电网可编程自适应安全扫描协同检测软件定义网络

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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