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本书总结了作者所在课题组近年来在多元超表面电磁调控方法与新型多功能器件设计、验证方面的研究成果，系统阐述了多元超表面的高效调控机制、设计方法，以及基于多元编码的新型多功能器件应用，为新型电磁调控与多功能器件设计提供了新思路，为现有电磁调控方法与技术提供了有效补充。
本书既可供从事超表面电磁调控理论与应用研究的科技工作者、相关专业研究生及高年级本科生阅读，也可供电子科学与技术、微波技术与天线等相关领域的科研人员、工程技术人员参考。
第 1 章 绪论 1
1.1 基于一元编码的多功能超表面 2
1.1.1 位置元多功能超表面 2
1.1.2 极化元多功能超表面 4
1.1.3 频率元多功能超表面 10
1.1.4 角度元多功能超表面 13
1.1.5 方向元多功能超表面 14
1.1.6 小结 16
1.2 基于二元或多元编码的多功能超表面 16
1.3 多功能超表面展望 19
1.3.1 多元双面像超表面 19
1.3.2 时空编码与智能感知多功能超表面 20
第 2 章 旋向解耦多元超表面 22
2.1 旋向解耦基本理论 23
2.2 基于旋向解耦的旋向双功能超表面器件 27
2.2.1 具有极低线极化串扰的超表面单元 27
2.2.2 具有旋向解耦功能的超表面器件 29
2.3 基于旋向解耦的全极化超表面地毯隐身衣 42
2.3.1 全极化超表面地毯隐身衣基本理论 44
2.3.2 全极化超表面地毯隐身衣的单元设计 49
2.3.3 三角劈尖全极化超表面地毯隐身衣 55
2.3.4 梯形平台全极化超表面地毯隐身衣 66
2.4 基于旋向解耦的全极化反射阵 82
2.4.1 全极化反射阵的概念和设计 83
2.4.2 垂直馈电极化不敏感反射阵 85
2.4.3 偏置馈电极化不敏感反射阵 91
2.4.4 实验与结果分析 92
2.5 解耦圆极化多模四涡旋波束天线 101
2.5.1 四涡旋波束解耦的原理与实现方法 102
2.5.2 高隔离度双线极化单元 105
2.5.3 天线阵列 109
2.6 本章小结 113
第3 章 幅相同调超表面 114
3.1 幅相同调超表面与低副瓣高增益天线 114
3.1.1 泰勒分布 115
3.1.2 反射型低副瓣高增益超表面天线 116
3.1.3 透射型低副瓣高增益超表面天线 132
3.2 幅相同调超表面与波束赋形天线 141
3.2.1 基于遗传算法的直线阵波束赋形方法 142
3.2.2 基于反射型超表面的扇形波束产生器 144
3.2.3 基于透射型超表面的扇形波束产生器 149
3.3 幅相同调超表面与新功能器件 155
3.3.1 各向异性超表面单元的原理与电磁特性 156
3.3.2 有限能量艾利波束产生器 162
3.3.3 横向或纵向双焦点超透镜 170
3.3.4 特定形状波束的多元灵活波束赋形应用 175
3.4 幅相同调隐身双功能超表面 176
3.4.1 幅相同调隐身双功能超表面概念 176
3.4.2 各向异性超表面单元设计 177
3.4.3 极化选择隐身双功能超表面器件 181
3.5 三波段全空间圆极化幅相同调超表面集成器 192
3.5.1 双几何相位原理 193
3.5.2 单元结构设计与电磁特性分析 195
3.5.3 三波段全空间圆极化幅相同调超表面集成器的设计与仿真结果分析 201
3.5.4 三波段全空间圆极化幅相同调超表面集成器的实验与结果分析 207
3.6 本章小结 210
第4 章 旋向非对称传输超表面. 212
4.1 干涉法旋向多元超表面 212
4.1.1 基于传输相位与几何相位的双单元干涉原理 213
4.1.2 二极管式旋向非对称反射超表面单元设计 216
4.1.3 多元贝塞尔波束和RCS 减缩器件 220
4.1.4 具有灵活波束数量的多元涡旋波束产生器 223
4.1.5 干涉法在传输体系和高频段的推广验证 226
4.2 手性自旋选择超表面 228
4.2.1 手性自旋选择超表面的工作原理与单元结构 229
4.2.2 不对称开口谐振器单元及其电磁特性 231
4.2.3 手性自旋选择超表面设计与仿真结果 233
4.2.4 实验结果 236
4.3 本章小结 240
第5 章 空间序构超表面 241
5.1 多偶极子耦合的基本理论 241
5.2 基于折纸/剪纸方法的可重构隐身空间序构超表面 244
5.2.1 基于折纸/剪纸方法的可重构隐身空间序构超表面设计 245
5.2.2 吸波频率和反射幅度调控 251
5.2.3 全极化大角度宽带吸波体 254
5.2.4 基于折纸/剪纸方法的可重构隐身空间序构超表面架构的优点 258
5.3 基于3D 棱台的大角度宽带吸波超表面 259
5.3.1 基于3D 棱台的大角度宽带吸波超表面的单元设计方法 260
5.3.2 基于3D 棱台的大角度宽带吸波超表面的仿真结果与特征模分析 264
5.3.3 基于3D 棱台的大角度宽带吸波超表面的实验结果 269
5.4 本章小结 272
第6 章 共形超表面 273
6.1 共形相位补偿方法 273
6.2 特殊曲面内单元的坐标求解 275
6.2.1 二次曲线方程 275
6.2.2 曲面上单元坐标的求解 277
6.3 反射型散射增强共形超表面 280
6.3.1 基于柱面的反射型散射增强共形超表面的原理与设计方法 281
6.3.2 反射型散射增强共形超表面的数值仿真与实验结果 285
6.4 透射共形超表面 289
6.4.1 透射共形超表面单元设计 290
6.4.2 透射共形超表面的相位补偿 292
6.4.3 凹面共形超表面 295
6.4.4 凸面共形超表面 306
6.5 共形极化转换超表面与全向圆极化天线 313
6.5.1 共形极化转换超表面平面单元的特性 314
6.5.2 共形极化转换超表面曲面单元的特性 316
6.5.3 全向圆极化天线的设计与仿真结果 319
6.6 本章小结 326
第7 章 频率多元多功能超表面. 328
7.1 低频比双频一元多功能超表面 328
7.1.1 低频比双频一元多功能超表面单元的设计方法与电磁特性 329
7.1.2 双功能超表面器件的设计与仿真 332
7.2 频率-旋向-波矢多元编码多功能超表面 340
7.2.1 旋向和模式独立控制超表面单元 341
7.2.2 多波矢编码原理与多元编码超表面器件 345
7.3 双频-方向二元编码超表面 357
7.3.1 方向编码的原理与透反射单元设计 357
7.3.2 双频-方向二元编码圆极化透反射多功能超表面 367
7.4 旋向编码波长-方向多元双面像超表面 376
7.4.1 波长-方向多元多功能的基本原理与超表面单元设计 378
7.4.2 全空间多波束产生器 390
7.4.3 宽角域大容量集成回溯器与负折射器 392
7.5 三频-极化二元编码超表面 394
7.5.1 原理、方法与设计 395
7.5.2 仿真和实验结果分析 406
7.6 本章小结 412
第8 章 旋向多元多功能超表面. 413
8.1 旋向三通道解耦原理 413
8.2 旋向-动量二元编码多通道超级散射器 415
8.2.1 概念与基本原理 416
8.2.2 超表面单元设计 419
8.2.3 仿真与实验 424
8.3 旋向-方向二元编码反射双面像 432
8.3.1 反射双面像的概念、原理与单元设计 433
8.3.2 具有均匀强度的全空间波束偏折发生器 437
8.3.3 集成无衍射传播与漫散射-多波束散射的复合器件 440
8.4 旋向-方向二元编码透反射多功能超表面 450
8.4.1 理论分析与超表面单元设计 452
8.4.2 超表面设计和验证 455
8.5 本章小结 461
第9 章 复合超表面与折叠式微带阵列天线 462
9.1 线极化折叠反射阵 462
9.1.1 折叠反射阵的原理 462
9.1.2 类I 形金属结构单元与聚焦超表面的设计 463
9.1.3 线极化折叠反射阵的设计与性能 469
9.2 圆极化折叠反射阵 472
9.2.1 圆极化折叠反射阵的基本理论与单元特性 473
9.2.2 圆极化折叠反射阵的设计与实现 479
9.3 超低剖面线极化折叠透射阵 483
9.3.1 超表面单元设计与分析 484
9.3.2 超低剖面线极化折叠透射阵设计与验证 488
9.4 超低剖面双圆极化折叠透射阵 491
9.4.1 基本理论与单元特性 492
9.4.2 超低剖面双圆极化折叠反射阵的设计与实现 498
9.5 隐身折叠反射阵 503
9.5.1 隐身折叠反射阵的工作原理 503
9.5.2 隐身层与聚焦超表面的单元设计 504
9.5.3 样品加工与实验 508
9.6 本章小结 513
第 10 章 复合超表面与隐身天线 514
10.1 非对称传输双面像超表面双通带隐身天线罩 514
10.1.1 设计原理 515
10.1.2 极化转换与非对称超表面设计 515
10.1.3 集成天线罩仿真与实验 523
10.2 隐身圆极化卡塞格伦天线 526
10.2.1 设计原理 526
10.2.2 主、副反射器与隐身一体化设计 528
10.2.3 整体仿真与实验 537
10.3 隐身FP 谐振腔天线 541
10.3.1 设计原理 541
10.3.2 高反低透频率选择吸收超表面与反射超表面设计 542
10.3.3 仿真与实验 548
10.4 本章小结 551
第 11 章 多极化可重构透射超表面与智能通信超表面 553
11.1 多极化可重构透射超表面的概念. 553
11.1.1 带有PIN 二极管的有源可调超表面单元的设计与验证 554
11.1.2 多极化可重构透射超表面的设计与验证 560
11.1.3 实验结果 563
11.2 低功耗全向散射智能通信超表面. 565
11.2.1 反向散射通信的概念 565
11.2.2 全向散射通信的概念 567
11.2.3 全向散射发射机的设计 569
11.2.4 近距离和远距离通信实验 571
11.3 本章小结 575
参考文献 576
