西安电子科技大学李龙教授团队研制低剖面自隐身可编程超表面，实现五频段RCS缩减

研究背景

近年来，超表面作为一种由亚波长人工单元构成的二维平面结构，因其对电磁波强大的灵活调控能力而成为研究热点。特别是可编程超表面的兴起，通过在单元中集成动态可调元件（如PIN二极管、变容二极管等），实现了对电磁波的实时、动态、数字化操控。然而，现有研究多聚焦于可编程超表面的辐射性能（如波束扫描范围、增益、效率）。尽管已有部分工作探索了其在带内的隐身特性，例如，通过编码相位分布实现散射对消。但这些设计存在一个根本性局限，其隐身能力通常仅限于其自身的工作频段内。在实际战场或复杂电磁环境中，威胁雷达的工作频段是多样的。一个仅能在通信频段隐身的目标，在其它频段（如常见的S、C波段雷达频率）仍然会形成强烈的雷达回波，从而暴露自身。因此，如何使一个可编程超表面在不依赖外部附加结构的前提下，同时兼备带内的高性能通信/辐射能力，以及在多个非工作频段的有效隐身能力，成为一个极具挑战性且意义重大的前沿课题。

研究进展

本研究正是在此背景下展开，提出了带内带外自隐身可编程超表面，旨在攻克低剖面、多功能一体化的自隐身难题。其自隐身特性完全源于自身精巧的单元结构共口径设计，通过内在的散射对消机制，在不增加剖面高度、不引入额外射频损耗部件的原则下，实现带内与多个带外的雷达散射截面协同减缩，从而为下一代集智能通信、动态感知与全频段隐身于一体的集成化射频前端提供革命性的硬件平台解决方案。

通过PIN二极管动态调控带内x极化1-bit相位，实现±45°波束扫描，同时利用y极化结构抑制散射，带内通信与隐身同步完成。在超表面顶层与中层集成十字哑铃和分支寄生结构，覆盖4个带外频段，通过棋盘格排布实现散射相消，无需额外吸波材料或雷达罩。通过优化实现70%频段相位差180°±37°。整体厚度0.065λ，较传统方案（0.51λ）降低87%，更适用于飞机、无人机等曲面平台共形设计。加工并测试了一个12×12原理样机。证实了其带内通信和独立五频段RCS减缩能力，其中，x极化在通带内（4.9-5.3 GHz）实现-6 dB以上的RCS减缩，y极化在通带内（5.0-5.38 GHz）实现-6 dB以上的RCS减缩，在四个带外频段均实现了-10 dB以上的宽带RCS减缩。

未来展望

此项研究标志着可编程超表面技术从单一的通信或隐身功能，向多功能一体化集成迈出了关键一步。它首次在同一低剖面平台上，同时实现了动态波束赋形通信与宽频带自隐形，解决了传统方法中性能、功耗与集成度的矛盾。这种“自隐形”可编程超表面为未来6G智能感知通信一体化、隐身平台通信系统、智能电磁伪装等尖端应用提供了全新的硬件解决方案。它就像一层覆盖在装备表面的“智能皮肤”，既能灵敏地收发信息，又能智慧地隐藏自己，代表了电磁材料与系统设计的一个重要发展方向。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.1017