Active Metasurfaces as a Platform for Capacitive Wireless Power Transfer Supporting Multiple Receivers
作为无线功率传输（WPT）中继器，超表面可以增强场耦合，从而改善WPT操作。在本文中，我们表明，超表面也可以用作电容WPT系统的发射器。这种基于超表面的WPT系统可以馈送多个接收器，并提供针对负载或位置变化的鲁棒操作。我们制定这样的WPT系统的分析模型。我们还讨论了一个特定的例子与$N$相同的接收器的精确解。
2019-10-04 physics.app-ph
Controlling surface waves with temporal discontinuities of metasurfaces
本文研究了表面波在无功阻抗边界上的散射，当表面阻抗随时间发生突变时，表面波的散射特性。我们报告三个奇异的波现象。首先，它表明，通过切换的边界的表面电容的值，表面波的速度可以完全控制，反射和透射表面波的功率被放大。第二，我们表明，当一个电容性的边界切换到一个感性的，表面波完全停止，与“冻结”静态磁场分布。静态磁场被“熔化”，并且当边界切换回电容性边界时恢复传播的表面波。第三，我们表明，时间跳跃的边界阻抗耦合自由空间传播波的表面波，这是一个模拟的空间棱镜。这些有趣的影响，使时间跳跃的超颖表面属性开辟了新的可能性，产生和控制的表面波。
2022-08-03 physics.app-ph
Remote Water-to-air Eavesdropping through Phase-Engineered Impedance Matching Metasurfaces
从空气中远程有效地接收水下声音是声学中的一个长期挑战，这受到水-空气界面处的大阻抗失配的阻碍。在这里，我们介绍和实验证明远程和有效的水到空气窃听技术，通过相位工程阻抗匹配元表面。通过明智地设计一个机械刚性边界，我们使水-空气界面声学透明，同时我们能够图案化传输的波前，从而能够有效地控制远距离机载传感器的有效空间位置，使其能够测量具有大信噪比的水下信号，就像放置在物理水下源附近一样。这种空中窃听水下声音的实验证明与测量的灵敏度增强超过38分贝，在8千赫。我们进一步展示了轨道角动量复用通信和水声通信的机会。我们的超颖表面为通信和传感开辟了新的途径，这可能会转化为纳米光学和射频。
2022-08-27 physics.app-ph physics.class-ph
Complementary metasurfaces for guiding electromagnetic waves
波导是微波、太赫兹和光学技术中至关重要的部件。由于二维材料的最新进展，超颖表面可以有效地用于设计新颖的波导结构，该波导结构在结构开放时限制电磁能量。在这里，我们介绍了一种特殊类型的这样的结构形成的两个可穿透的超颖表面具有互补的各向同性的表面阻抗。我们从理论上研究了该结构支持的导模，并讨论了相应的色散特性。此外，我们展示了不同情况下的结果，其中表面阻抗具有非谐振或谐振特性，并且超表面之间的距离从大值变化到零的极限。作为这项工作的一个含义，我们证明了有可能激发两个模式的正交偏振具有相同的相速度在一个很宽的频率范围内。这一特性在漏波天线和场聚焦方面有着广阔的应用前景。
2019-11-14 physics.app-ph
Smart Table Based on Metasurface for Wireless Power Transfer
超颖表面已经被研究，其众多的奇异功能和任意控制电磁场的潜力已经被广泛探索。然而，只有有限类型的元表面最终进入实际产品。在这里，我们介绍了一个基于元表面的智能表无线充电便携式设备的概念，并报告其第一个原型。所提出的超表面可以有效地将倏逝场转换成传播波，这显著地改善了近场耦合，以通过磁共振耦合对任意放置在其表面上的接收设备进行无线充电。以这种方式，当接收器被放置在距发射器的任何距离处时，通过实验获得80 $\%$的功率传输效率。所提出的概念，使各种重要的应用领域的消费电子产品，电动汽车，植入式医疗设备等进一步开发的基于元表面的智能表可以作为一个最终的二维平台，并支持充电多个接收器。
2018-11-29 physics.app-ph
Design of Planar and Conformal, Passive, Loss-less Metasurfaces that Beamform
提出了一种利用全波建模技术和快速优化方法来合成平面和共形波束形成元表面的通用技术。合成的超颖表面由有限尺寸的接地电介质衬底支撑的图案化金属覆层组成。使用积分方程对超颖表面进行建模，该积分方程精确地考虑了互耦合和超颖表面的有限尺寸。合成技术由三个阶段组成：直接求解阶段，以获得具有满足所需远场波束规格的复值阻抗的初始元表面设计，随后的优化阶段，将复值阻抗转换为纯电抗阻抗，以及最终图案化阶段，以实现作为图案化金属覆层的纯电抗阻抗。优化阶段引入表面波，促进无源性。使用梯度下降法优化元表面，并使用伴随变量法获得半解析梯度。提出了三个例子：具有接近完美孔径效率的低轮廓直接馈电超颖表面天线、具有受控旁瓣的扫描波束反射阵列设计以及共形超颖表面反射阵列。验证了超表面的远场和近场性能，并研究了超表面的带宽和损耗容限。
2022-06-21 physics.app-ph physics.optics
Discrete metasurface for extreme sound transmission through water-air interface
本文提出一种基于阻抗匹配理论和拓扑优化的离散超表面，通过设计不同纵横比的单元胞实现极端水-空气声传输，实验证明其增强效果优于连续超表面，为提升水-空气声学通信效率提供了新方法。
2023-08-02 physics.app-ph
Multipath Signal-Selective Metasurface: Passive Time-Varying Interlocking Mechanism to Vary Spatial Impedance for Signals with the Same Frequency
本文提出一种基于超表面的无源时变互锁机制，通过耦合首个入射波调整空间阻抗，在无需有源偏置的情况下抑制同频多径干扰信号，并经数值与实验验证。
2024-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Extreme Beam-forming with Impedance Metasurfaces Featuring Embedded Sources and Auxiliary Surface Wave Optimization
我们提出了端到端的设计紧凑的无源和无损元表面（MTS）天线与集成的饲料。完整的低剖面系统由一个单层电抗性阻抗MTS组成，MTS印刷在接地的电介质基板上，并由嵌入基板内部的源馈电。建立了基于体积-表面积分方程的器件模型，为器件性能的快速优化提供了依据。优化的设计利用由阻抗MTS支持的定制辅助表面波来跨其孔径分布局部源功率。这有助于实现极端场变换，如广角波束形成或共享孔径波束形成，孔径效率接近100%。该程序还允许任意波束成形与完整的主波束和旁瓣控制。我们还得到了几个可行性相关的约束，这可以显着提高功率效率，以及MTS天线的带宽时，他们在实践中实施。全波数值模拟证实了所提出的方法的有效性，以及极端场的综合设计转换能力。
2021-12-23 physics.app-ph physics.optics
On Frequency and Angle Stability of Anomalous Metasurface Reflectors Synthesized with Auxiliary Field and Power Conformal Methods
本文针对波纹阻抗表面比较PFCM与AFS两种异常反射超表面综合方法，发现二者带宽相近，但PFCM在大反射角下的角度覆盖最多宽23°。
2025-05-14 physics.app-ph
Aerogel-based metasurfaces for perfect acoustic energy absorption
二氧化硅气凝胶板的不寻常的粘弹性特性被有效地用于设计亚波长完美吸声体。我们从理论上，数值模拟和实验报告了一个完美的吸收超材料面板周期性排列的谐振积木组成的狭缝加载由一个封闭的空腔支持的夹持气凝胶板。使用反射系数的Argand图分析阻抗匹配条件，即，反射系数的轨迹作为复平面中频率的函数。系统中损耗的不足或过量可以通过该Argand图来识别，以实现阻抗匹配条件。该工具的通用性可以进一步用于设计更复杂的超材料表面以实现完美的吸声，从而允许快速设计新颖且高效的吸收超材料。
2019-06-12 physics.app-ph
Bandwidth Limit and Synthesis Approach for Single Resonance Ultrathin Metasurfaces
超颖表面已经成为一种用于在薄层内操纵电磁波的有前途的技术。在平面超颖表面中，存在严格的窄带设计方法，其基于电介质衬底上的图案化金属层的等效表面阻抗。在这项工作中，我们得到了在这些元表面上可实现的带宽的限制，基于约束，他们的元原子应该是被动的，因果的和无损的，并且他们应该遵守一个单一的共振结构的时间带宽产品的规则。结果表明，除了涉及表面阻抗的变化的基本设计参数，带宽是由介质基板的厚度和介电常数的严格限制。然后，我们提出了一种合成方法的宽带超颖表面，所需的表面阻抗的LC谐振配合的基础上，并在毫米波频率的宽带色散结构的实验验证。相对于使用窄带设计过程创建的参考超颖表面，这导致超过90%的带宽增强。
2020-07-03 physics.app-ph physics.optics
Exploration of Intercell Wireless Millimeter-Wave Communication in the Landscape of Intelligent Metasurfaces
软件定义的元表面是电磁超薄的人工组件，可以提供工程和外部可控的功能。对这些功能的控制通过超表面可调谐性来实现，超表面可调谐性通过局部修改表面电阻和电抗的嵌入式电子电路来实现。在元表面单元内集成控制器，能够相互通信和自适应地重新配置它，从而赋予所需的电磁操作，打开了创建人工智能（AI）结构的道路，其中每个单元单元可以具有自己的传感，可编程计算和致动设施。在这项工作中，我们朝着将人工智能元表面技术引入新兴应用迈出了关键一步，特别是探索在软件定义的HyperSurface中的无线毫米波单元间通信能力，该HyperSurface设计用于微波领域。我们研究三种不同的无线通信通道内的景观反射超表面：首先，在层中的控制电子设备的HyperSurface谎言，其次是一个专用的层之间封闭的两个金属板，第三，内部的超表面本身。对于每种情况下，我们检查的毫米波转发器节点的物理实现，我们量化的通信信道指标，我们确定的复杂性与性能的权衡。
2020-01-22 physics.app-ph
Experimental demonstration of waveform-selective metasurface varying wireless communication characteristics at the same frequency band of 2.4 GHz
我们报告了一种工作在2.4 GHz频段（即ISM（工业、科学和医疗）频段之一）的波形选择性超颖表面。这种结构给予我们额外的自由度来控制电磁波，并吸收同一频带的入射波的特定波形或脉冲宽度，同时发射其他波形或脉冲宽度。使用理想的正弦波或Wi-Fi信号作为无线通信中更实用的波形来证明这种独特的能力。特别是，这项研究显示了波形选择性元表面如何从通信特性的角度，如EVM（误差向量幅度），BER（误码率）和相位误差与现实的无线通信信号相互作用。因此，我们的研究为将波形选择性的概念从基础电磁研究领域扩展到更现实的无线通信领域铺平了道路，例如，减轻在同一频带发生的电磁干扰，而不会显着降低通信特性。
2020-05-01 physics.app-ph
A Simple Equivalent Circuit Approach for Anisotropic Frequency Selective Surfaces and Metasurfaces
提出了一种由各向异性单元组成的频率选择表面（FSS）的等效电路模型。对任意方位角入射的周期性表面进行了初步模拟，并推导了其表面阻抗矩阵。阻抗矩阵随后在晶轴$χ_1$、$χ_2$上旋转角度$φ^{rot}$，从而使其额外的对角项无效。旋转角$φ^{rot}$根据谱定理通过使用最初提取的矩阵的项而导出。旋转矩阵的对角项，即阻抗$Z_{χ_1}$和$Z_{χ_2}$，最终与简单LC网络匹配。各向异性元件的电路模型表示可以用于分析由通用方位角旋转的各向异性FSS。该方法提供了一个紧凑的描述，通用的FSS元件只有五个参数：集总参数的LC网络$L_{χ_1}$，$C_{χ_1}$，$L_{χ_2}$，$C_{χ_2}$和旋转角$φ^{rot}$。该电路模型可以考虑到的存在下，接近的FSS或FSS的周期性的变化，而无需额外的计算工作的电介质基板。最后将该等效电路模型应用于两种基于各向异性超表面的透射型偏振转换器的设计。
2020-08-02 physics.app-ph
Multiple-partition cross-modulation programmable metasurface empowering wireless communications
提出多分区交叉调制可编程超表面，通过创新的编码方案降低硬件复杂度，实现高精度波束成形，并在室内实验中成功实现视频传输，超越传统方案。
2024-11-08 physics.app-ph
Qi standard metasurface for free-positioning and multi-device supportive wireless power transfer
本文提出利用无源超表面重构磁场，在Qi标准下仅用单个发射线圈实现自由定位、多设备兼容的高效无线电力传输，效率提升最高4.6倍，覆盖面积显著扩大，并支持多接收器功率分配调节。
2023-04-17 physics.app-ph
Finding passive, reciprocal metasurfaces for arbitrary wave transformations
本文提出一种通用设计方法，通过张量表面阻抗寻找实现任意波变换的无源互易超表面，并用单个复参数参数化等效解，同时利用耗散和增益实现多路复用功能。
2025-09-26 physics.app-ph physics.optics
Underwater Acoustic Multiplexing Communication by Pentamode Metasurface
声波作为水中最主要的信息载体，在水下探测、通信和成像等领域有着广泛的应用。尽管水声通信在过去的几十年里得到了很大的发展，但它仍然受到传输速度慢和信息容量低的困扰。近年来发展起来的声轨道角动量（OAM）复用通信技术，为声通信提供了高效率、大容量和高传输速率的保证。然而，目前关于OAM复用通信的研究主要集中在机载声学领域。水声OAM在水声通信中的应用还有待于进一步的探索和研究。本文设计了一种阻抗匹配的五模解复用元表面，用于实现水声通信中的复用与解复用。超表面的阻抗匹配确保了所传输信息的高传输。通过实现实时图像传输，数值模拟了将信息编码到两个不同的OAM光束中作为两个独立的信道。仿真结果表明了该系统在水声多路复用通信中的有效性。为OAM复用技术在水声通信中的实验演示和实际应用奠定了基础
2020-12-02 physics.app-ph
The Design of Dual Band Stacked Metasurfaces Using Integral Equations
提出了一种基于积分方程的设计一维不变双带堆叠元表面的方法。堆叠的超颖表面将在反射时在每个带中以期望的角度生成准直光束。背衬导体的堆叠超颖表面由一个堆叠在另一个上的两个超颖表面（由电介质间隔物支撑的图案化金属覆层）组成。堆叠的元表面分三个阶段设计。首先，每个超颖表面的图案化金属覆层被均匀化并建模为非均匀阻抗片。编写电场积分方程（EFIE）以对每个超颖表面内的均匀化元件之间以及从超颖表面到超颖表面的互耦合进行建模。利用矩量法将EFIE转化为矩阵方程。非线性矩阵方程在两个频段迭代求解，得到双频段复值阻抗片。在第二阶段中，应用优化来将这些复值阻抗片转换成适合于印刷电路板制造的纯电抗片，通过引入表面波。在第三阶段中，每个超颖表面的金属覆层被图案化以用于双带堆叠超颖表面的全波模拟。利用这种方法，设计了两个双波段堆叠元表面
2021-09-27 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Equivalent Circuit Modeling and Design of a Reconfigurable Loaded Dogbone Metasurface Element
针对有源超表面计算电磁仿真复杂度高的问题，提出狗骨头单元的等效电路模型，仅需三次全波仿真即可确定，能快速计算不同电路下的超表面特性，经变容二极管可调超表面实验验证模型与测量结果高度一致。
2024-12-09 physics.app-ph
Metasurface-Assisted Passive Wireless Communication with Commodity Wi-Fi Signals
无线通信已经成为解决我们现代社会中对信息传输的不断增长的需求的标准解决方案。传统系统以主动方式工作，在这个意义上，主动载波信号是强制性地需要从Alice向Bob传送信息的。特别是在5G 6 G时代和物联网（IoT）的到来，用户和连接的指数增长使传统系统面临重要挑战，包括有限的频谱资源，信息安全，能源消耗和成本效率。在这里，我们介绍了从根本上不同的概念，无源无线通信（PWC），它有可能解决上述问题。PWC通过使用可编程超表面调制解调已经存在的无所不在的环境杂散电磁波来传输数字信息。我们提供了一个理论框架，编码解码和调制解调在PWC和建立一个原理验证原型系统利用现有的商品2.4GHz的Wi-Fi信号。我们演示了从Alice到Bob的信息传输，数据速率为数百Kbps，使用元表面的可区分的信息承载控制编码模式，既不需要有源载波信号及其相关的射频链，也不影响背景有源无线通信。所提出的策略对于绿色物联网连接特别有吸引力。同时，该概念适用于所有类型的波现象，并为未来无线通信架构的设计提供了一个全新的视角。
2020-04-30 physics.app-ph
Intelligent-Metasurface-Assisted Full-Duplex Wireless Communications
有限的射频频谱是无线通信系统设计中的一个基本因素。无线设备和系统数量的不断增加导致了拥挤的频谱，并增加了对通用和多功能全双工无线装置的需求。最近，动态和智能元表面被探索作为一个突出的技术解决方案，以当前的频谱稀缺的范例，机会主义地与各种用户共享频谱。智能元表面是一种动态的、超紧凑的、多功能的、可编程的结构，能够以全双工方式进行互易和非互易信号波传输。这种超颖表面的可控性和可编程性通过直流偏置以及偶尔施加到超颖表面的单位单元的有源组件的射频（RF）调制来控制，例如，二极管和晶体管。本文表明，这种智能元表面可以提高无线通信系统的性能，由于其独特的功能，如实时信号编码，非互易波束辐射，非互易波束控制放大，和先进的模式编码多址接入通信。
2021-05-19 eess.SP physics.app-ph
A 20-Gbps Beam-steered Infrared Wireless Link Enabled by a Passively Field-programmable Metasurface
光束转向是高能效和高速红外线通信的主要挑战之一。迄今为止，基于空间光调制器（SLM）或微电子机械系统（MEMS）反射镜的主动光束转向方案，以及基于衍射光栅的被动光束转向方案，已经被证明用于红外线通信。在这里，据我们所知，红外光束第一次在一侧被被动现场可编程元表面授权的35°转向。通过组合波长和偏振的集中控制，远程无源超表面可以在远程接入点中操纵红外光束。所提出的系统保持可扩展性以支持多个光束，灵活地操纵光束，高光学效率，远程侧上的简单且廉价的设备，以及集中控制（低维护成本），同时避免了诸如光栅损耗、小覆盖区域和庞大尺寸的缺点。基于所提出的波束控制技术，我们还展示了一个数据速率为20 Gbps的概念验证实验系统。
2020-06-23 physics.app-ph
Perfect Anomalous Reflection with an Aggressively Discretized Huygens' Metasurface
本文研究了一个周期性的元表面的离散化，并演示了这样的表面可以实现完美的异常反射。虽然大多数当代的理论作品处理连续的电流或阻抗分布的元表面，我们研究如何离散化影响的元表面，并表明，在某些情况下，可以离散元表面积极-的程度上只有两个细胞每个空间周期。这种积极的离散化可以导致元表面设计的极大简化，并且可能更令人惊讶的是，连续元表面的可能性能改进。使用这种积极的离散化技术，我们报告的二元惠更斯元表面的设计，反射入射平面波在50 $^\circ$到反射方向为-22.5 $^\circ$。全波电磁仿真显示，异常反射的实现具有99.1%的功率效率，这大大超过了相应的无源连续超颖表面的性能，其功率效率基本上限于69.6%。
2017-06-08 physics.app-ph
Monolithic Elastic Metasurface Design for Advanced Wave Manipulation via a Direct Wave-Shaping Topology Optimization Approach
本文提出直接波形拓扑优化方法，设计高性能单体弹性超材料，实现高效率波转换、大角度波束控制及高数值孔径金属透镜，显著提升波操控性能。
2025-12-12 physics.app-ph
Fast and Accurate Optimization of Metasurfaces with Gradient Descent and the Woodbury Matrix Identity
针对积分方程建模的有限尺寸超表面优化梯度计算效率低的问题，提出利用Woodbury矩阵恒等式加速矩量法阻抗矩阵微扰求逆的梯度下降算法，实现最高26.5倍的速度提升，并设计出无源无耗广角反射超表面。
2021-07-07 cs.NA math.NA physics.app-ph
Antenne metasurface {à} polarisation circulaire
本文提出一种基于标量超表面和相位匹配技术的线极化天线设计方法，通过反相合成两个圆极化分量来构建表面阻抗，实现低旁瓣和对称主瓣，并给出数值与实测结果。
2024-11-08 physics.app-ph
Reconfigurable-Metasurface-Aided Multi-State Generalized Polarization-Space Modulation for Next-Generation Wireless Communications
我们提出了一种低成本的可重构元表面发射机，以实现广义极化空间调制（GPSM），已提出了下一代无线通信。与传统的多输入多输出GPSM不同，我们的电磁兼容，使用钡锶钛薄膜的形状因子降低设计产生两个以上的偏振态。全波仿真结果表明，我们的优化设计实现了0.08-0.95的偏振转换比与5%的带宽在28 GHz和误码率相当或优于传统的系统。
2021-03-23 eess.SP physics.app-ph
Independent Control of Multiple Channels in Metasurface Devices
与连接多个输入-输出端口的电磁网络类似，超表面可以被认为是能够为从不同方向照射表面的不同偏振的波提供不同功能的多端口设备。设计这种多通道超颖表面的主要挑战是确保对每个通道的电磁响应的独立和完全控制，从而确保在超颖表面处满足边界条件。在这项工作中，我们证明，通过适当的工程在每个端口（即，对于所有可能的照明方向）激发的倏逝场，它是可以独立地控制所有不同的照明的反射或透射。我们开发了一个完全解析的方法来分析和合成一般的空间调制阻抗元表面，工程强空间色散。这种方法与数学优化相结合，使我们能够找到一个表面阻抗分布，同时确保在每个端口所需的电磁响应。我们通过相位控制多通道回射器的设计来验证该技术。此外，我们证明了该方法是相当强大的其他功能的超表面，如多功能反射器和多通道完美吸收器的设计。
2020-04-16 physics.app-ph physics.optics
Perfect Anomalous Reflection with a Binary Huygens' Metasurface
在本文中，我们提出了一种新的元表面，能够反射一个已知的传入电磁波到任意方向，具有完美的功率效率。这个看似简单的任务，我们在下文中称之为完美的异常反射，实际上是非常不平凡的，因为不同的波阻抗和入射波和反射波之间的复杂干扰。因此，所提出的实现完美异常反射的超颖表面需要复杂的深亚波长和/或多层元件结构，其允许它们耦合到泄漏波和/或倏逝波以及从泄漏波和/或倏逝波耦合。相比之下，我们证明，使用二元惠更斯超颖表面（BHM）-一个被动和无损的超颖表面，每个周期只有两个细胞-完美的异常反射可以在很宽的角度和频率范围内实现。在24 GHz的频率下，通过仿真和实验，我们证明了设计合理的BHM可以将入射电磁波从$θ_i = 50^\circ$反射到$θ_r = -22.5^\circ$，并具有理想的功率效率，达到了实验精度。
2018-01-15 physics.app-ph
Analytical design of acoustic metasurface cells incorporating meander-line and Helmholtz resonators
本文提出用曲折线元件替换部分亥姆霍兹谐振器，在亚波长体积内实现所需阻抗，从而突破侧向耦合谐振器设计的限制，并通过3 kHz透镜数值验证了改进的宽带聚焦性能。
2025-04-11 physics.app-ph
Hybrid ultrathin metasurface for broadband sound absorption
针对低频宽带吸声难题，提出含四个耦合平面卷曲谐振器与薄平面腔的混合超表面设计，在深亚波长厚度下实现两倍于传统单层超表面的吸声带宽，为高性能超薄吸声超表面设计提供新路径。
2024-03-01 physics.app-ph
Radiation Pattern Synthesis with Uniform Nonlocal Metasurfaces
本文提出利用无空间调制的均匀非局域超表面，通过定制其表面阻抗随切向波矢的变化来实现辐射方向图综合，解析求解二维综合问题并以蘑菇型高阻抗表面全波仿真验证三种方向图，拓展了空间色散超表面在天线领域的应用。
2024-11-25 physics.app-ph physics.optics
Metasurfaces-Enabled Wave Computing for Future Wireless Systems: Opportunities and Challenges
Institute for Communication Systems, University of Surrey（萨里大学通信系统研究所）；Universidad de Oviedo（奥维耶多大学）；National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波迪斯特里亚斯大学）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；Centre for Wireless Innovation, Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学无线创新中心）
本文提出利用可编程元表面实现波计算，以提升未来无线系统在高速率、低延迟和高能效方面的性能。
2026-01-11 eess.SP physics.app-ph
Design of Beamforming, Transparent Metasurfaces Using Integral Equations
本文提出一种基于积分方程的透射型超表面设计方法，实现完美透射与波前调控，相比局部周期性近似具有更好的准直性，并通过多个示例和有限元求解器验证了其通用性与准确性。
2023-09-18 physics.app-ph physics.optics
Intelligent Time-Varying Metasurface Transceiver for Index Modulation in 6G Wireless Networks
指数调制（IM）是即将到来的第六代（6 G）无线通信网络的候选技术之一。在本文中，我们提出了一种空时调制可重构智能元表面（RI-MTS），配置为实现各种频域IM技术在多输入多输出（MIMO）阵列配置。与现有的主要分析一般RI-MTS IM的信号理论的工作，我们提出了新的电磁兼容的设计，如子载波索引调制（SIM）和MIMO正交频域调制IM（MIMO-OFDM-IM）的特定IM。我们的全波电磁仿真和分析计算建立了这些收发器的可编程能力，以改变反射相位并为IM生成频率谐波。实验结果表明，基于RI-MTS的SIM和MIMO-OFDM-IM系统的误码率均低于传统的MIMO-OFDM系统。
2020-09-23 eess.SP physics.app-ph
A New Homogenization-Free Boundary Condition Towards Aperiodic Metasurface Design Using Full-Wave Surrogate Models of Printed Circuits
本研究提出一种含印刷电路全波代理模型的无均匀化边界条件，以矩阵方程形式关联切向电场与晶胞感应电流，无需均匀化或局部周期近似即可实现超表面直接设计，带来设计范式转变。
2024-03-08 physics.app-ph
Theory, design, and experimental verification of a reflectionless bianisotropic Huygens' metasurface for wide-angle refraction
惠更斯的超颖表面是电薄的设备，允许任意场变换。光束折射是实现超颖表面的第一个演示。如前所示的极端角度折射，控制只有电阻抗和磁导纳的惠更斯' metasurface证明不足以产生所需的无反射场变换。为了保持宽折射角的零反射，可以引入超颖表面的电响应和磁响应之间的磁电耦合，从而导致双各向异性。在本文中，我们报告的理论，设计和实验表征的无反射双各向异性超颖表面的极端角折射的垂直入射平面波朝向71.8 $^\circ$在20 GHz。讨论了三层非对称双各向异性单胞的理论和设计。实现的印刷电路板结构进行了测试，通过全波模拟以及实验表征。为了实验验证原型，使用了两种设置。进行了准光学实验以评估超颖表面的镜面反射，而远场天线测量表征其折射性质。测量验证了制造的超颖表面具有可忽略的反射，并且大部分散射功率被折射到期望的Floquet模式。这提供了在微波频率下使用双各向异性惠更斯超颖表面的无反射广角折射超颖表面的实验演示。
2018-12-12 physics.app-ph
Compact High-Efficiency All-Polarization Rectenna for Wireless Power Transmission
本文提出了一种紧凑型全极化整流天线，通过直接共轭匹配实现高效率无线电力传输，峰值效率达82.2%。
2025-12-16 physics.app-ph
Asynchronous Circuits as an Enabler of Scalable And Programmable Metasurfaces
超材料和超表面为操纵电磁波提供了可能性，这在过去似乎是不可能的。大多数超颖表面设计适用于特定的频率和入射角。一个长期寻求的目标是设计可编程超表面，以动态地操纵各种传入的EM频率和角度。为了做到这一点，在元表面下方需要一个大规模的网络芯片网格，除了适应电阻抗特性外，它们还相互通信，从而传递有关元原子设置的信息，以及转发可能的分布式测量。本文介绍了为什么异步混合信号ASIC有利于控制可扩展的，EM吸收，超表面。
2019-06-07 eess.SP physics.app-ph
Electronically Steered Nyquist Metasurface Antenna
移动设备、气候科学和自动驾驶汽车都需要先进的微波天线来进行成像、雷达和无线通信。然而，现有技术的成本、尺寸和功耗阻碍了电子转向系统的普及。在这里，我们提出了一个元表面天线的设计范例，使电子波束转向从一个无源的轻量级电路板与变容二极管调谐元件。与以前的超颖表面（需要密集的元素间距）不同，所提出的设计使用半波长的奈奎斯特空间采样。我们详细介绍了这种奈奎斯特超颖表面天线的设计，并通过实验验证其在两个方向上电子转向的能力。奈奎斯特超颖表面天线可以实现高性能，而无需昂贵且耗电的移相器，使其成为未来天线硬件的引人注目的技术。
2020-07-03 physics.app-ph
Intelligent Adaptive Metasurface in Complex Wireless Environments
针对超表面缺乏外部电磁环境感知能力的问题，提出一种自适应超表面（AMS），集成无线环境信息获取与可编程电磁波操控能力，实验验证了其感知与操控双重能力，并在ISAC场景中有效提升了复杂电磁环境下的通信质量。
2024-11-13 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Index-Modulated Metasurface Transceiver Design using Reconfigurable Intelligent Surfaces for 6G Wireless Networks
针对6G无线网络对高谱效和能效的需求，提出符合电磁特性的可重构智能表面（RIS）孔径设计以实现索引调制，实验验证其误码率优于传统方案，且收发器具备可编程调相与生成谐波的能力。
2023-10-04 eess.SP physics.app-ph
Directly wireless communication of human minds via non-invasive brain-computer-metasurface platform
脑机接口（BCI），无论是侵入性的还是非侵入性的，都为帮助有需要的患者更好地与周围环境互动提供了无与伦比的前景和希望。受BCI神经系统损伤和截肢康复技术的启发，我们提出了一个电磁脑-计算机-元表面（EBCM）范式，由人类的认知直接和非侵入性的大脑信号调节。我们的实验表明，我们的EBCM平台可以翻译人类的头脑从诱发电位的P300为基础的脑电图数字编码信息在电磁域的非侵入性，可以进一步处理和传输的信息元表面在自动化和无线的时尚。两个EBCM操作员之间通过精确的文本传输进行人类思想的直接无线通信。此外，其他几个概念验证的精神控制方案使用相同的EBCM平台，展示灵活定制的信息处理和合成能力，如视觉光束扫描，波调制和模式编码。
2022-04-30 cs.IT math.IT physics.app-ph
A New Strategy for Designing Dual-band Antennas Based on Double-layer Metasurfaces
提出基于双层超表面的双频平面天线设计新策略，利用Foster电抗定理实现层间解耦，独立设计各金属层，并数值验证了气候科学应用的双频圆极化天线。
2023-07-29 physics.app-ph
Accelerating field decay along nonlocal metasurfaces by suppressing the Norton wave
本文提出通过非局部超材料抑制Norton波，实现电场和磁场衰减的加速，降低边缘衍射效应，推动紧凑天线系统发展。
2025-12-19 physics.app-ph physics.optics
Metasurface-Programmable Wireless Network-on-Chip
我们介绍智能无线电环境的概念，目前正在为元表面可编程米级环境中的无线通信进行深入研究（例如，室内），芯片规模。无线片上网络（WNoC）是用于改善片上核间通信的候选技术，但是当前的提议受到困境的困扰：接收到的信号是弱的，或者它是显著地回响的，使得开关键控调制速度必须被节流。在这里，我们克服了这个棘手的问题，赋予无线芯片上的环境与原位可编程性，使我们能够塑造的信道脉冲响应（CIR），从而，我们可以施加一个脉冲状的CIR形状，尽管强大的多径传播，而不需要降低接收信号强度。首先，我们设计和表征一个可编程的元表面适合于集成在片上环境（“片上可重构智能表面”）。其次，我们优化其配置，以均衡选定的无线片上信道“在空中”。第三，通过进行严格的通信分析，我们证明了显着更高的调制速度与成形CIR的可行性。我们的研究结果引入了一个可编程的范例，以提高其竞争力的互补片上互连解决方案的WNoCs。
2022-03-13 cs.IT cs.NI eess.SP
Metasurfaces 3.0: a New Paradigm for Enabling Smart Electromagnetic Environments
本文提出Metasurfaces 3.0新范式，通过低成本、轻量化的metasurfaces控制电磁波传播，将其作为新自由度以克服环境不利影响，推动智能电磁环境在下一代无线系统中的实际应用。
2021-12-04 physics.app-ph
Wideband Perfect Absorption Polarization Insensitive Reconfigurable Graphene Metasurface for THz Wireless Environment
在这项工作中，我们研究了一个简单的结构石墨烯太赫兹（THz）超颖表面（MSF）完美的吸收，宽带，偏振不敏感，斜入射不敏感和频率重构。石墨烯MSF结构由沉积在由金属接地平面终止的硅衬底上的石墨烯元原子的二维周期性阵列组成。数值分析了所提出的MSF的性能。介绍了该结构的等效电路模型及其闭合解。石墨烯MSF薄结构在2.5 THz下在横向电（TE）和横向磁（TM）偏振中在垂直入射下提供100%的吸收，具有宽带宽、零反射和零透射。在斜入射下，吸收保持在95%以上。此外，石墨烯MSF结构具有频率重构的优点。在重新配置后，在所有可重新配置的频率下保持优异的吸收性能。结果表明，石墨烯超原子的THz MSF的有效性，这可能是有前途的THz无线环境。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall eess.SP physics.app-ph
Extreme Metasurfaces Enable Targeted and Protected Wireless Energy Transfer
随着超材料的出现，控制材料的电磁特性超越自然物质的电磁特性已经成为现实，超材料是人工设计的材料，提供了广泛的不寻常的物理现象。超材料提供的极端特性可以保护光学和电磁系统免受周围普通材料和物质的影响-这是一种从未明确使用过的功能。无线能量传输，即，电磁能量的传输无需物理连接器，需要可靠和稳定的解决方案，为电动汽车等高功率系统充电，而不会对人，动物，植物等产生影响。在这里，我们解决了这个具有挑战性的问题，并提出了一种使用具有极端参数的超材料的新方法，以实现有针对性和受保护的无线能量传输。我们设计并实验实现了ε-近零（ENZ）和ε-和μ-近零（EMNZ）的超材料，当且仅当发射器和接收器都配备了这些超材料，提供能量传输。不存在具有这种极端参数的材料的事实保护系统免受周围物体的影响，这些物体既不会引起系统操作的明显变化，也不会受到任何有害影响。通过适当的缩放和适当的材料选择，所提出的方法背后的系统可以在几乎任何频带中实现。这项技术将在有针对性的无线能量传输系统中找到应用，特别是在需要高功率的地方，包括电动汽车。
2022-02-10 physics.app-ph physics.optics
Theory and Design of Multifunctional Space-Time Metasurfaces
将多个功能集成到单个元表面中对于未来的智能通信系统来说正变得非常有趣。虽然这些设备已经被广泛探索的互惠功能，在这项工作中，我们将各种各样的非互惠应用程序集成到一个单一的平台。所提出的结构是基于时空调制的阻抗片由接地的介质基板支持。我们表明，通过工程的激发倏逝模，非互易相互作用与冲击波可以配置在将。我们展示了过多的非互易组件，如波隔离器，移相器，和循环器，在同一元表面。该平台允许仅通过修改泵浦信号（谐波或非谐波）在不同功能之间切换，而不改变超颖表面结构的主体。该解决方案为未来的实时可重构和环境自适应非互易波控制器打开了大门。
2020-11-20 physics.app-ph physics.optics
End-to-End Dynamic Metasurface Antenna Wireless System: Prototype, Opportunities, and Challenges
本文构建并验证了一个K波段端到端DMA无线系统原型，利用强阵元间互耦实现波束与零点同时调控，并通过QPSK OFDM通信测试讨论未来挑战。
2025-06-11 cs.IT eess.SP math.IT
Experimentally realized physical-model-based wave control in metasurface-programmable complex media
本研究提出一种基于物理原理的紧凑模型，通过极小规模随机配置校准精确预测复杂散射环境中无线信道对可编程超表面的依赖，在精度和参数量上显著优于深度学习基准，并展现出无需相位数据即可实现相干波控及恢复未知散射系数的强大泛化能力。
2023-07-17 eess.SP physics.app-ph physics.optics
