期刊观察--非均匀超表面的优势以及下一代超材料_ACT_MAGNET_隐身_光学_通用_电子_ANSA_UG_声学_材料_控制

期刊观察--非均匀超表面的优势以及下一代超材料

非均匀的超表面的在设计中有很大的自由度，因此在一定条件下可以更好的操控电磁波。也是新一代超材料的重要探索领域。

非均匀的优势

超表面的波形主要靠周期或准周期网格的设计操控，而单元随机排列的超表面的优势最近才受到关注。

医学成像

解决随机介质中波散射的挑战对于克服和管理生物组织的固有随机性、成像和治疗组织深处的癌症肿瘤可能很有价值。研究表明，在由随机分布的纳米单元组成的无序超表面中，光的多次散射可以克服传统成像方法的衍射极限，并扩大其视野，从而提高成像性能。

易于共形

基于共形稀疏超表面的微波天线不仅可以满足飞机和卫星的空气动力学规格，而且打破了平面天线的基本约束。

操控波的路径和波前的能力

通过控制波前的传播来塑造波前，类似于在3D 转换光学（TO）中观察到的原理。此类别中的应用包括平面透镜、隐身器件和通用超结构波束形成网络。Vakil和Enghetà表明，通过设计和操纵在石墨烯片上空间上不均匀、不均匀的电导率图案，可以将这种材料作为红外MTS的单原子厚平台。

可重构应用

正面临向第三代MTS的过渡，MTS在空间和时间上改变BC，变得可控和智能。MTS的可重构性可以通过使用电子设备、时变材料或分布在MTS上的多个可切换进料点来实现。可重构的超薄表面可以设计成能够响应环境变化动态变换冲击波前，为智能表面的发展带来广阔的前景。

MTS的发展

超材料概念已被证明可用于控制多种形式的波动现象。现在已经远远超越了他的电磁起源，进入了声学，热，机械，地震，和量子域。

每年，新兴市场都会见证 MTM 和 MTS 的一系列突破性发展，涵盖光学、太赫兹、微波和天线。这里细数一下超材料超表面的迭代，

第一代MTS

EBG 和 AMC 表面属于第一代 MTS，主要在 2000 年代的第一个十年。这些MTS主要依赖于规则晶格内亚波长元素的周期性排列。

第二代MTS

第二代MTS主要为用于空间波控制的MTS。代表应用为灵感来自惠更斯原理或其向量形式的惠更斯超表面。

第三代MTS

目前我们正面临向第三代MTS的过渡。主要特性为可控可调可重构的应用领域。拓扑MTSs领域是一个快速发展的领域，它已将物质拓扑相的概念从凝聚态物理学转化为MTSs领域。

参考资料

[1] J. Budhu, N. Ventresca, and A. Grbic, “Unit Cell Design for Aperiodic Metasurfaces,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 71, no. 9, pp. 7387–7394, Sep. 2023, doi: 10.1109/TAP.2023.3288549.

[2] D.-H. Kwon, “Design of Single-Layer Dense Metasurfaces on Irregular Grids Using Discrete Dipole Approximation,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 11, pp. 10592–10603, Nov. 2022, doi: 10.1109/TAP.2022.3184537.

[3] V. Popov, S. N. Burokur, and F. Boust, “Conformal Sparse Metasurfaces for Wavefront Manipulation,” Phys. Rev. Appl., vol. 14, no. 4, p. 044007, Oct. 2020, doi: 10.1103/PhysRevApplied.14.044007.

[4] S. Maci, “Electromagnetic Metamaterials and Metasurfaces: A historical journey,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 66, no. 3, pp. 84–101, Jun. 2024, doi: 10.1109/MAP.2024.3393350.

[5] G. Oliveri, D. H. Werner, and A. Massa, “Reconfigurable Electromagnetics Through Metamaterials—A Review,” Proceedings of the IEEE, vol. 103, no. 7, pp. 1034–1056, Jul. 2015, doi: 10.1109/JPROC.2015.2394292.

[6] C. L. Holloway, E. F. Kuester, J. A. Gordon, J. O’Hara, J. Booth, and D. R. Smith, “An Overview of the Theory and Applications of Metasurfaces: The Two-Dimensional Equivalents of Metamaterials,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 54, no. 2, pp. 10–35, Apr. 2012, doi: 10.1109/MAP.2012.6230714.

来源：灵境地平线

工具软件--HFSS模型转CAD和PCB文件

本文介绍利用软件AD (AltiumDesigner)对HFSS导出的CAD图纸dxf或dwg格式文件进行处理，成为最终交付板厂加工的pcb文件。HFSS模型转PCBHFSS导出dxf文件hfss提供导出多种格式的文件，其中包括我们需要的dxf文件。1、首先确认模型是可以用pcb制作的，然后将模型放到xoy平面。2、hfss菜单栏--modeler--export3、保存为dxf文件AutoCAD处理图纸制作pcb文件时，AutoCAD不是必须的步骤。但却是目前最方便处理图纸的过程。cad主要的任务有两个，1、标出板子的图层2、给铺铜结构着色（ps：直接用ad铺铜的都是大神，尤其是复杂的结构）ps:使用AutoCAD处理完之后，导出成dwg/dxf文件保存。由于cad版本的问题，导出dwg、dxf文件时要与ad软件保持一致（到这一步，可以把cad图纸给加工厂，有些板厂是可以直接处理cad图纸的，注意版本保持一致），最好保存较低版本容易识别。有的加工厂需要其他格式的图纸，送去生产之前要和合作的加工厂沟通好，多沟通才能保证出来的产品与仿真保持一致。AD处理图纸AD软件的主要任务有两个，1、做pcb格式文件，2、添加其他设置（例如，焊盘、丝印、阻焊、过孔、板框等等）。这里介绍必要的步骤：a）新建一个pcb，如下图所示。不需要新建项目也是可以的。b）在新建的pcb中导入dxf。注意比例选mm，每一层的映射要对应。c）设置原点，方便操作。d）设置板边形状（也可以不做），首先同时选中板子的外形四条边，然后按下图操作。这样方便操作接下来的步骤，同时在3d视图下方便观察。e）设置开窗、焊盘、过孔等。设置开窗：右键—放置—填充，可以选择局部开窗，即开窗部分沉锡，其他部分过油；也可以选择整个上下表面全部开窗（设置为top solder、和bottom solder），这样操作简单，效果仅是表面没有油墨，同时铺铜部分全部沉锡。由于我们这款天线没有过孔等其他结构，这里基本就完成了。最后，保存为pcb文件交给厂家加工即可。PCB中各层的含义 a. toplayer（顶层布线层）：设计为顶层铜箔走线。如为单面板则没有该层。( 在Gerber里面 GTL)b. bottom layer（底层布线层）：设计为底层铜箔走线。（在Gerber里面 GBL层）c. top/ bottom solder（顶层/底层阻焊绿油层）：顶层/底层敷设阻焊绿油，以防止铜箔上锡，保持绝缘。在焊盘、过孔及本层非电气走线处阻焊绿油开窗。焊盘在设计中默认会开窗（OVERRIDE：0.1016mm），即焊盘露铜箔，外扩0.1016mm，波峰焊时会上锡。建议不做设计变动，以保证可焊性；过孔在设计中默认会开窗（OVERRIDE：0.1016mm），即过孔露铜箔，外扩 0.1016mm，波峰焊时会上锡。如果设计为防止过孔上锡，不要露铜，则必须将过孔的附加属性 SOLDER MASK（阻焊开窗）中的 PENTING 选项打勾选中，则关闭过孔开窗。d. top/bottompaste （顶层/底层锡膏层）：该层一般用于贴片元件的 SMT 回流焊过程时上锡膏，和印制板厂家制板没有关系，导出Gerber 时可删除，PCB 设计时保持默认即可。e. top/bottom overlay（顶层/底层丝印层）：设计为各种丝印标识，如元件位号、字符、商标等。f. Mechanical layer（机械层）：设计为 PCB 机械外形，默认layer 1 为外形层。其它layer 2/3/4 等可作为机械尺寸标注或者特殊用途，如某些板子需要制作导电碳油时可以使用layer 2/3/4 等，但是必须在同层标识清楚该层的用途。g. keepoutlayer（禁止布线层）：设计为禁止布线层，很多设计师也使用做 PCB 机械外形，如果 PCB 上同时有 keepout 和Mechanical layer1，则主要看这两层的外形完整度，一般以Mechanical layer1 为准。建议设计时尽量使用Mechanical layer1作为外形层，如果使用 keepout layer 作为外形，则不要再使用Mechanical layer1，避免混淆！h. midlayers（中间信号层）：多用于多层板。也可作为特殊用途层，但是必须在同层标识清楚该层的用途。i. internal planes（内电层）：用于多层板，j. multilayer（通孔层）：通孔焊盘层。k. drill guide （钻孔定位层）：焊盘及过孔的钻孔的中心定位坐标层。l. drill drawing（钻孔描述层）：焊盘及过孔的钻孔孔径尺寸描述层。来源：灵境地平线