人工电磁超构材料的出现，使电磁隐身技术实现了重大突破。人工电磁超构材料（Metamaterial）简称为“超材料”，是一种由亚波长量级的人工“类原子”进行周期性或者非周期性排布而成的新型人工复合材料。人工电磁超构表面（Metasurface）可以看作是超材料的二维平面形式，简称为“超表面”。电磁超构表面具有剖面超薄、损耗较低且易于设计、加工与集成等优势。在电磁隐身、电磁隔离与雷达探测等微波频段的热门领域展现出了广阔的应用前景。它的发展推动了微波器件的小型化、集成化、共形化、数字化和智能化。

近期，南京信息工程大学的科研团队在《包装工程》期刊上发表了以“超材料隐身技术研究进展”为主题的文章。该文章第一作者为罗歆瑶，通讯作者为王身云副教授。

本文将概述性地介绍几种主流的超材料隐身技术的研究现状，包括变换光学隐身技术、等离激元隐身技术、覆罩式隐身技术、基于微波网络理论的隐身技术以及相位调制型超构表面隐身技术等。

超材料/超表面隐身技术概述

当电磁波照射到目标时，会发生反射、折射、散射等物理现象。这些现象的强弱通常与目标的物理尺寸和结构有关。通常情况下，可以使用雷达散射截面积（SRCS）来衡量微波波段内目标产生的回波强度。

电磁隐身技术旨在降低目标物体的RCS，从而降低目标被探测到的风险，在电磁兼容、伪装技术、低可侦测技术、阵列天线技术等技术领域中具有重要价值。在后文中，将对几种主流的电磁超材料/超表面隐身技术进行总结和概述。

基于变换光学的超材料隐身技术

2006 年初，Pendry等在《Science》上发文，首次提出了基于超材料的变换光学理论以及利用该理论实现隐身衣设计的构想。由于麦克斯韦方程在坐标变换后可以保持形式不变，Pendry教授提出了通过合理构建变换媒质的本构参数来有效调控电磁波传播路径的方法。该方法可以构造出一个与电磁波完全隔离的实际物理空间，使入射电磁波能够如流水流过石头一般，平滑地绕过这个构造出的物理空间，如图1所示。由于电磁波不能够进入这个物理空间，因此这个物理空间内放置的任意目标物体都将处于电磁屏蔽的状态，外部电磁探测器无法对该区域内的物体进行识别，从而实现完美隐身。超构材料对本构参数的强大调控能力，为这种变换光学隐身衣实验的实现提供了可能性。

2006年底，美国杜克大学的Smith教授课题组首次在微波波段设计出了基于变换光学的柱状隐身衣，并对其进行了实验验证。该隐身衣的照片如图2所示，它所使用的超材料是由开口环谐振器结构周期排布而成。通过调节开口环谐振器的几何结构与尺寸，可以自由调控超材料的等效电磁参数，从而实现这类超材料隐身衣。

为了简化变换光学隐身衣的设计及其实现方式，Pendry教授课题组于2008年提出了毯式隐身衣的概念。他们对传统的变换光学加以改进，引入准共形映射的方法，通过选取合适的坐标变换，使隐身衣所需的电磁本构参数的各向异性达到最小化。研究发现，仅需使用纯介质材料以及合理的介电常数值就可以实现一些特定的变换媒质，且这种变换在光频段内可以具有较宽的工作带宽。如图3所示，将准共形映射法设计出的毯式隐身衣覆盖在反射面上形状不规则的凸起物上，可以使这块被覆盖的凸起区域在电磁波的照射下呈现出完全平坦的效果，以此对“地毯”下方的任何物体实现完美隐藏。2009年，美国杜克大学Smith课题组利用非谐振的工字型构成的超构材料，首次在微波波段实验验证了这类基于准共形映射方法的宽频带地毯式隐身衣的可行性，如图4所示。2010年，东南大学的崔铁军院士团队首次在微波波段实验实现了三维地毯式隐身衣。此后，从微波频段到光频段，此类宽带毯式隐身方法的可行性均得到了实验验证。

随着变换光学隐身技术的不断进步，科研人员已将该设计方法推广至声学、热力学、静电场、流体力学等领域，并提出了一系列重要的应用。但即使是工作带宽得到了有效提升的毯式隐身衣，也面临着一些应用瓶颈。例如，由于毯式隐身技术是以牺牲空间光程为代价来实现对电磁波方向的调控，因此，设计出的隐身衣仍然不可避免地有着体积和质量大等特点。

为了解决这些问题，科研工作者们陆续提出了一些其他的超薄隐身衣的设计方法。例如，基于散射相消原理的隐身技术的提出有效降低了超材料隐身衣的厚度；基于微波网络理论的隐身衣可以在保持器件厚度超薄的情况下，在较宽带宽内实现对目标散射的有效缩减；基于相位调制超构表面的隐身技术为更加灵活地调控电磁散射提供了可能性，进一步增加了电磁波探测器对目标进行识别的难度。