- 教授
- 博士生导师
- 硕士生导师
- 电子邮箱：
- 入职时间：2009-12-31
- 学历：硕博连读
- 性别：男
- 学位：博士
- 在职信息：在职
- 毕业院校：西安交通大学
- 所属院系：电子科学与工程学院
- 学科：电子科学与技术
- 发布时间：2025-04-27
- 文章标题：西安交通大学周迪教授团队在攻克大角度电磁波透射难题方面取得新进展
- 内容：
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研究背景
电磁选择性结构在高透射率和超宽角覆盖方面的应用广泛，涵盖从高速飞行器等军事领域到5G通信等民用领域，使全方位空间电磁信息感知成为可能。然而，传统的电磁选择性结构在大角度斜入射条件下，特征阻抗失配问题日益严重，限制了其实际应用。为解决这一难题，我们提出了一种对极化不敏感的单轴磁介电超表面，该结构具备超宽布儒斯特角稳定性，可实现完美的射频透明特性。理论分析表明，单轴磁介电基板在保持极化不敏感特性的同时，能够实现超宽角透射性能。作为概念验证，我们设计、制备并用实验验证了一种单轴磁介电超表面结构，成功实现了横向电场电和横向磁场极化模式下的宽频宽角域射频透明特性。本研究从根本上解决了传统电磁表面在大角度斜入射条件下面临的特征阻抗失配理论难题，首次实现了对任意极化电磁波的超宽角高效透射，具有重要的理论意义和应用价值。
02
论文摘要
近日，西安交通大学周迪教授课题组再次解决传统电磁选择结构在电磁波大角度斜入射时特征阻抗失配严重，导致射频传输效率降低的问题。他们提出一种极化不敏感的单轴介电-磁性超表面，利用广义布儒斯特效应，通过理论推导确定相对介电常数和磁导率张量的本构参数关系来实现设计、制备并测量了单轴介电-磁超表面结构，实现了横电（TE）和横磁（TM）偏振响应下的宽带宽角射频透明现象（入射角0°至80°）。将经典布儒斯特效应扩展到TE和TM极化的宽角度甚至角度无关的完美传输，突破传统限制，设计出能在大角度斜入射下实现完美阻抗匹配的单轴介电-磁性超表面。相关研究成果以“Radiofrequency Transparent Uniaxial Dual-Polarized Metasurface with Ultrawide Brewster Angle Stability”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊上。西安交通大学庞永强副研究员、周迪教授和北京理工大学长三角研究院沈忠祥教授为该论文的通讯作者，西安交通大学杜超助理教授为该论文的第一作者。
03
主要研究内容
图1. 不同入射角下单轴磁介电材料阻抗理论分析。分别分析了自由空间的特性阻抗（Case I）以及不同类型的单轴磁介电材料，即电介质材料（Case II）、磁性材料（Case III）以及介电-磁性折射材料（Case IV）在TE极化（a）和TM极化（b）下的情况。（c）在TE模式下，分析了当横向介电常数与横向磁导率满足εt=μt时，自由空间与单轴磁介电材料在不同相对磁导率乘积μn∙μt下的特性阻抗变化。（d）在TM模式下，分析了当εt=μt时，自由空间与单轴磁介电材料在不同相对介电常数乘积εn∙εt下的特性阻抗变化。
图2. 单轴磁介电基板材料的反射与透射系数的数值计算结果。示意图展示了一个平面电磁波入射到具有介电张量ε ̿和磁导张量μ ̿的单轴磁介电基板材料（频率 f = 10 GHz，厚度 g = 19 mm）：（a）TE极化入射波，（c）TM极化入射波。（b）模拟结果显示，当材料满足εt=μt且μt (f) ∙μn (f)=1时，平面波入射下的透射系数（Τ）和反射系数（Γ）；（d）当材料满足εt=μt且εt (f)∙εn (f)=1时的模拟透射与反射系数。（e）和（f）分别给出了当材料同时满足μt (f) ∙μn (f)=1与εt (f)∙εn (f)=1（即介电-磁性折射材料，且εt=μt）时，平面波入射下的反射与透射系数模拟结果，分别对应TE极化入射波（e）和TM极化入射波（f）。
图3. 实现完美阻抗匹配的各向异性介电-磁性材料（UDM）设计。（a）示意图展示了超表面结构的设计方式，其中顶部和底部的超表面分别用于实现电谐振和磁谐振。（b）、（c）为电谐振超表面在不同入射角和工作频段下的模拟反射光谱，分别对应TE极化和TM极化入射波；（d）、（e）为磁谐振UDM结构在不同入射角和工作频段下的模拟反射光谱，分别对应TE极化和TM极化入射波。
图4. 所提出的UDM结构在超宽角域内的模拟透射光谱及本构参数张量随工作频段和入射角的变化情况。（a）在灰色阴影区域内，切向相对介电常数（εt）和相对磁导率（μt）均设定为0.8；（b）在目标频段（灰色阴影区域）内，法向相对介电常数（εn）和相对磁导率（μn）提升至1.25。（c）、（d）分别展示了该UDM结构在TE极化和TM极化入射波作用下的模拟透射光谱；（e）–（h）为所提UDM结构的本构参数（εt, μt, εn, 和μn）实部随入射角和频率的变化情况，（i）–（l）则展示了其虚部的变化。
图5. UDM结构在TE和TM极化下射频透明现象的实验验证。（a）所制备的UDM原型样品，插图为其超表面结构放大图；（b）UDM透射幅度测试的实验测量装置照片；（c）、（d）分别为在不同入射角（0°至80°）下，TE极化与TM极化条件下的实测透射幅度；（e）、（f）分别展示了设计的UDM结构在不同斜入射角度下的TE极化与TM极化模拟透射光谱。
04
团队介绍
周迪，教授、博士生导师、西安交通大学电子科学与工程学院副院长/电子材料党支部书记/多功能材料与结构教育部重点实验室副主任。在国际知名期刊发表科技论文300余篇，总引用次数18,000余次（Google Scholar H-index=75），申请中国发明专利25项（已授权17项）。主持国家自然科学基金、陕西省国际合作项目、华为公司横向课题，作为研究骨干参与国家973计划、国家863计划、国家重点研发计划等，在微波介质结构性能调节分析、LTCC低温共烧陶瓷技术应用、谐振器滤波器及天线基板应用等方面取得一系列新颖的研究成果。近期，该课题组在基于电磁选择性结构的角度调控电磁波领域取得了一系列新颖的成果。IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2025, 3562296（宽频带角度选择表面）；Applied Physics Letters, 2024, 124：111701（小型化角度选择表面）；IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2023, 71(11): 8704 (双极化角度选择表面)。更多内容欢迎访问周迪教授课题组主页http://gr.xjtu.edu.cn/web/zhoudi1220。
05
文章信息
Chao Du, Shaofei Wang, Yongqiang Pang*, Zhongxiang Shen*, Kaida Xu, Zhiji Wang, Tao Zhou, Song Xia, Di Zhou*, Radiofrequency Transparent Uniaxial Dual-Polarized Metasurface with Ultrawide Brewster Angle Stability. Laser & Photonics Reviews, 2025, 2500190.
https://doi.org/10.1002/lpor.202500190