天线和传播领域新的探索方向有哪些

该领域可大致分为六个方向，

(1)用于射频（RF）和微波应用的增材制造，

增材天线的制造材料可分为三类：仅金属、仅电介质、导电和介电多材料。

(2)天线和微波电路设计/集成，

用于第五代（B5G）和第六代（6G）通信之外的无线系统需要大大提高用户的集成水平。一些B5G操作将发生在比6ghz以下的前辈波长短得多，因此天线和前端电路之间的传统连接解决方案不再适用。

由于必须考虑整个前端子系统的使用，以提高阻抗匹配，最小化占地面积，提高整体性能，天线与电路拓扑之间的边界越来越模糊。这对传统上致力于设计单封装设备的微波研究人员来说是一个重大转变。

带通滤波器和功率分配器的融合--滤波功率分配器

(3)智能表面，

RIS可以广泛分类为具有可配置电磁特性的工程材料，因为包含了集成电子电路和/或能够控制无线环境的软件，后者被称为软件控制超表面。操作原理是基于Snell定律的推广。具体来说，入射到RIS上的平面波的能量通过空间不均匀的相移散射，这些相移被定制以产生所需的反射特性。RIS具有操纵无线传播环境的电磁特性的潜力。这可能使无线信道得到优化，以最大限度地提高整体系统性能，包括信道容量、覆盖率、定位、安全性和可持续性。

超表面的衍射机制以及数字编码超表面

(4)纳米光学天线，

纳米光学天线主要利用金属结构中表面等离激元特有的光学特性，在光波段范围内对传播场与局域场（隐失场）进行有效的相互转换。当施加交流电压时，会引起金属内的电子振动，从而辐射出电磁波。对于特定的纳米光学天线设计，如八木宇田天线，电磁波并不是在所有方向上均匀产生，而是采用特殊元件（反射器和导向器）选择性叠加辐射的电磁波，导致一个方向上的相长干涉和所有方向上的相消干涉。

(5)天线的新材料，

新兴材料对于保持可穿戴天线的柔韧性、可靠性、可拉伸性、机械稳定性和能源效率至关重要。例如智能纺织品、柔性、可生物降解的和聚合物基材料。制造技术是影响低成本可穿戴天线原型的可制造性和可实现性能的关键驱动因素。

已经报道了几种用于实现可穿戴天线的制造技术，包括基于基板集成波导（SIW）的技术、刺绣、喷墨打印、丝网打印和粘合剂方法。

基于MIT材料的近红外光电探测器

(6)可穿戴/可植入设备

可穿戴式和植入式天线/传感器在应用、制造技术和设计方法方面都经历了一场革命。一般来说，植入式天线和传感器是指位于人体内部的一个系统。该系统可以注射，通过手术放置，或作为可摄取系统吞下。

 

主要关注5个课题

(1)移动通信系统，

移动通信在过去的30年里经历了快速的发展。蜂窝无线电系统已经从2G发展到5G，智能手机已经成为我们日常生活的重要组成部分。现在在一个标准的智能手机里至少有10个天线。这仍然是一个非常令人兴奋和充满活力的领域，新的功能和应用的出现比预期的更快。例如，最新的华为Mate-70-pro智能手机可以直接与地球同步卫星天通1通信，它距离地球36000公里，代表了移动天线的重大发展。

 

 

(2)亚太赫兹和毫米波技术，

在亚太赫兹天线的发展中，不仅是天线的设计技术，而且是透镜天线和基板的材料技术，以及制造技术都是很重要的。高增益、波束扫描和低损耗馈电是亚太赫兹天线发展的关键特征。光束扫描是通过移动主辐射器从焦点来实现的。当焦距在低轮廓配置中较短时，在大折射时镜头厚度较大。为了减小厚度，需要使用高介电常数的材料。然而，高介电常数的材料具有较高的损耗切线。介电常数分布的均匀性在透镜生产中也很重要。

(3)用于医疗应用的微波系统和技术，

利用微波的医疗技术已被用于治疗，并已被提出用于各种成像和传感应用。为了支持病人护理和基于家庭的安全，已经引入了基于雷达的监测生命体征和检测跌倒的方法。

射频和微波消融已被开发用于治疗肝癌、肺癌和肾癌以及心律失常，并已成熟成为的临床产品。涉及微波频率下的大块组织的关键成像和传感应用包括乳腺癌的检测、缺血性和出血性卒中的分化以及肺含水量的评估。

此外，利用磁性纳米颗粒作为调制造影剂，选择性地递送到肿瘤中，可以增强微波肿瘤的检测和成像。解决这些问题的解决方案

磁耦合通信--在人体通信技术（HBC）中的应用

(4)机器学习对逆问题的应用，

微波成像（MI）是一种无损检测（NDT）技术，采用频率范围为300 MHz至300 GHz的电磁波。MI的主要目标是通过测量散射数据来重建未知散射体的介电常数，这通常被描述为一个电磁逆散射问题（ISP）。

最近，机器学习（ML），一种被广泛接受的信号和图像处理工具，已经证明了改变isp的解决方案的潜力。更具体地说，使用卷积神经网络（CNN）模拟人类大脑学习过程的深度学习（DL）技术，可以在解决isp的速度和准确性方面提供前所未有的提高。这些食谱的一般框架是使用一个前向求解器来生成一个训练数据集，然后可以用于训练CNN。支持向量机（SVM）等遗留技术最初被用于解决isp，然后是基于cnn的方法。

人工神经网络与机器学习在阵列设计中的应用

(5)基于量子的电磁传感技术，

传统的金属天线由于存在可能具有表面电荷导电表面，会导致被测天线（AUT）对原始电磁场（EM）产生侵入性扰动。用于电场（Efield）传感的光子电光方法重新定义了恶劣热环境下的原位非侵入性近场表征，表现出从近直流电到太赫兹区域边缘的宽频率带宽。

这些传感器的工作原理是光强变化体参数的原理，包括电吸收效应、电色效应、线性Pockel效应和非线性克尔效应。两种成熟的基于波克尔的设计，即马赫-曾德尔干涉仪和耳语画廊模式传感器，由于其简单和优越的优点而主导了该领域。

基于原子的电磁场非侵入性测量正受到越来越多的关注，因为与基本概念直接相关的可预测响应的优势（导致可追溯的自校准测量）。

[1] C. Pichot et al., "New and Emerging Directions in the Fields of Antennas and Propagation," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, doi: 10.1109/TAP.2024.3514092.