研究背景：

近年来，超表面凭借亚波长人工单元对电磁波幅度、相位、极化和传播方向的灵活调控能力，已成为新型电磁器件的重要平台。在雷达散射调控、低可探测平台和智能电磁环境构建等场景应用中，让真实目标在外界探测波照射下呈现出另一个预设虚拟目标的散射特征，即电磁幻觉欺骗隐身，具有重要工程应用需求。然而，传统无源幻觉隐身超表面一经设计制备，功能便趋于固定，加之谐振型单元存在固有频率色散限制了宽频相位补偿能力，使其只能固定窄频工作。因此，如何在较宽频带内对散射波前进行逐频点相位重构，并进一步实现可编程、可切换的微波幻象，是该领域面临的关键挑战。

文章概述：

空军工程大学许河秀团队提出了一种基于可编程超表面的宽带微波幻觉隐身动态实现方法，如图1所示。通过“结构参数设计+有源电压调控”协同的混合相位合成策略，将具有不同初始几何参数的有源超表面单元与变容二极管连续调谐相结合，使不同频率点处所需的梯度反射相位均得以重新恢复构建，从而在1.9–3.1 GHz（相对带宽48%）实现精准散射波前重构。

图文导读：

图1. 宽带微波幻觉隐身基本概念示意图。可编程超表面包覆在30°倾斜尖劈平台上，通过对不同频率处的相位分布进行实时补偿，使真实平台的散射波前被重构为任意预定虚拟目标的散射特性

单元设计方面：研究人员设计了由金属“H”形谐振结构、寄生贴片、介质层、金属地板和SMV1430变容二极管组成的有源反射单元。其中，“H”形谐振结构提供基本相位响应，寄生贴片用于扩展相位覆盖并调节色散特性，通过反偏电压改变变容二极管的等效电容，实现连续相位调控。与纯电压调控方案相比，该工作引入结构参数调控作为初始相位梯度，提供新的额外自由度。具体设计流程如图2所示：先通过梯度下降算法从不同几何尺寸中筛选8种单元，满足特定预定频率处的初始幻觉隐身相位，再利用求根算法在每个工作频率下反推出各单元所需的偏置电压，实现“离散结构参数调控+连续电调补偿”的协同设计。

图2. 有源超表面单元与混合相位合成方法设计流程。首先建立包含频率、结构参数、等效电容和反射相位的数据库，再通过梯度下降确定单元尺寸，并逐频点求解各单元所需变容二极管电压

器件设计与验证方面：如图3所示，研究人员将两片可编程超表面包覆在尖劈平台两侧，构成由16×11个单元组成的宽带微波幻觉隐身样机，并通过FPGA对阵列单元施加不同电压编码。该样机针对三个代表性场景进行了验证：垂直入射下模拟平整地面、15°斜入射下模拟平整地面，以及垂直入射下模拟梯形金属目标。仿真结果显示，裸金属尖劈显著扭曲散射波前，呈现多波束散射，而加载可编程超表面后，近场波前和远场散射方向图均接近预定虚拟目标，呈现预定单波束平面波前。结果表明，1.9–3.1 GHz范围内不同场景下的远场散射图与目标均保持较高一致性。实验结果进一步证实了该混合相位合成策略的可行性，研究人员测得系统在不同幻觉状态间的切换响应时间约为71 μs，总功耗约为6.13 W。与传统静态幻觉隐身超表面或窄带主动调控方案相比，该工作在保持实时可编程能力的同时显著拓展了工作带宽，并展示了对多个虚拟目标和不同入射条件的适应能力。

图3. 宽带微波幻觉隐身样机及实验验证。样机通过FPGA进行实时电压控制，实验近场分布和远场散射结果验证了所提策略在多个频点和多幻觉场景下的有效性

结论：

该研究为宽带动态电磁幻觉隐身、智能散射调控和软件定义低可探测平台提供了新的实现路径。未来，若进一步结合多谐振单元、低损耗大调谐范围有源器件以及闭环感知-控制算法，有望继续提升宽带重构精度、降低系统功耗，并推动可重构电磁伪装和智能电磁环境构建等方向的发展。

本工作得到国家自然科学基金（62571546）、西安市中青年科技创新领军人才项目（2025JH-ZQRC-0039）以及陕西省技术创新团队创新人才培养计划（2024RS-CXTD-08）的支持。

论文信息：

Dynamic Realization of Broadband Microwave Illusion Using Programmable Metasurfaces

Fan Zhang, Yanzhao Wang, Zhengjie Wang, Hui Wang, He-Xiu Xu*

Advanced Materials Technologies

DOI:10.1002/admt.71037

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.71037

期刊介绍：

Advanced Materials Technologies聚焦连接材料科学、创新技术与实际应用的多学科研究，涵盖各类应用材料领域，重点关注先进器件的设计、制备与集成。