基于参数可调整的亚原子的超表面减少超宽带，广角和偏振不敏感的镜面反射

超表面与超宽带镜面反射减少技术研究 超表面（Metasurface）是一种新型超材料，由一层平面金属结构组成，能够在亚波长尺度上产生突变的界面相位变化，并提供一种独特的方式来完全控制局部波前。这种材料因其能够实现电磁波局部控制的特性，被广泛应用于各种高科技领域中，如产生涡旋光束的波片、超薄金属透镜、偏振转换器、偏振和频率重构装置以及电磁干扰和屏蔽等。 文章《基于参数可调整的亚原子的超表面减少超宽带，广角和偏振不敏感的镜面反射》中，介绍了通过设计、制造并表征一种超宽带、广角和偏振不敏感的超表面来抑制镜面电磁波反射或后向雷达散射截面（Radar Cross Section, RCS）。该研究基于对基础超原子单元尺寸进行调节的新物理机制，以实现电磁波的超宽带操控。研究团队采用混合阵列模式合成（Hybrid Array Pattern Synthesis, APS）和粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法，同时优化基础超原子的选取和分布，以获得超宽带扩散散射模式。超表面能够在x和y偏振的法向入射下实现优异的RCS减少效果。文章提出了新的机制，极大地扩展了RCS减少的带宽。模拟和实验结果显示，该超表面能够在法向和广角入射下实现超宽带和偏振不敏感的镜面反射减少。 文章中提及的超宽带反射减少技术具有以下特点： 1. 超宽带（Ultra-wideband）：超宽带技术指的是在较宽的频率范围内对信号进行有效的传输或处理。在本项研究中，超宽带技术用于抑制镜面电磁波反射，这意味着设计的超表面可以在更宽的频率范围内工作，比传统的窄带电磁波操控技术具有更广的应用前景。 2. 广角（Wide Angle）：广角特性是指在较大的入射角度范围内，超表面依然能够有效减少电磁波的镜面反射。这在军事隐身技术中尤其重要，因为它意味着从不同角度入射到物体表面的雷达波都能被有效控制，降低被敌方雷达探测到的可能。 3. 偏振不敏感（Polarization-insensitive）：偏振不敏感意味着超表面对于入射电磁波的偏振状态不敏感，即无论入射电磁波的偏振方向如何变化，超表面都能有效地减少其镜面反射。这项特性对于在复杂电磁环境中保持设备隐蔽性是至关重要的。 超表面能够减少电磁波反射或RCS的重要性在于，它为实现各种电磁波应用提供了新的途径，特别是在隐身和微波应用方面。例如，在军事上，隐身技术可以使飞机、舰船或其他军事装备在敌方雷达下难以被探测到，从而增加战术优势。 研究中的超表面是基于参数可调的超原子设计的。这里的超原子指的是构成超表面的基本金属结构单元，能够对入射电磁波产生局部的相位控制。为了实现超宽带的散射特性，研究人员提出了一种新的物理机制，即通过调节超原子单元的尺寸来操控电磁波。利用混合阵列模式合成技术和粒子群优化算法，研究团队同步优化了基础超原子单元的选取与分布，获得了所需的超宽带散射模式。 该研究为超宽带电磁波散射控制技术提供了新的解决思路，特别是在军事隐身技术领域，该项研究的成果对于未来雷达隐身和其他微波应用领域具有重要的指导意义。