本研究由Tao Tian（国防科技大学）、Senyu Zhang（华中科技大学）、Hao Lin（青岛大学）、Xianjun Huang、Peiguo Liu（国防科技大学）以及通讯作者Qihui Zhou（军事科学院国防科技创新研究院）共同完成。该成果发表于天线与传播领域的权威期刊《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》，于2025年8月19日正式刊出，收录于该期刊第24卷第10期。
本研究属于电磁兼容与电子对抗交叉领域，聚焦于复杂电磁环境下的多功能电磁调控问题。有源超表面（Active Metasurfaces）能够动态控制电磁波的频率、幅度、相位和极化等参数，在电磁隐身（Electromagnetic Stealth）、通信和电子对抗中展现出巨大潜力。其中，能量选择表面（Energy Selective Surface, ESS）作为一种新型自适应超表面，可根据入射电磁场功率自适应切换传输状态，实现低场强信号传输和高场强信号屏蔽，为高功率辐射场（High-density Radiation Field, HIRF）防护提供了有效手段。
近年来，ESS技术取得了长足进展，包括多层级联设计扩展带宽、基于神经网络的RLC网络优化提升屏蔽效能、双谐振设计平衡低插入损耗与高屏蔽效能等。然而，这些设计仍受限于单模工作，难以应对现代雷达系统的探测。为此，集成带外吸波功能的吸波型能量选择表面（Absorptive Energy Selective Surface, AESS）应运而生，但其仍面临带内雷达对抗的挑战。
在此背景下，本研究旨在将自适应电磁防护、带外隐身与线性调频（Linear Frequency Modulation, LFM）雷达干扰三种功能集成于统一平台，突破传统AESS功能单一的局限。研究者提出利用外部偏压控制实现时域动态调制，赋予AESS以间断采样转发干扰（Interrupted Sampling and Repeater Jamming, ISRJ）能力，从而实现多模式功能复用。
所提出的多功能AESS采用三层复合架构，主要由顶部电阻表面（Resistive Surface, RS）和底部ESS构成。在结构设计上，单元周期为4.5 mm，顶层RS嵌入集总电阻以实现带外吸波，并在金属条带中嵌入双面螺旋结构以形成并联LC谐振器，从而在工作频带f0处构建低损耗传输窗口并展宽带宽。螺旋结构在低频fl处呈感性，将电流导向电阻形成吸波带。底层ESS为三明治结构，上下层为通过二极管连接的耶路撒冷十字单元，中间层为金属网格。二极管选用NSR201型肖特基二极管，关断状态下等效为0.15 pF电容，导通状态下等效为14 Ω电阻；RS中集成的电阻为350 Ω。两层间距d1设置为10 mm，以最小化层间耦合，保证功能独立性。
研究采用CST Microwave Studio进行全波仿真，系统评估了AESS的电磁性能。仿真设置包括：
S参数仿真：采用单元边界条件和Floquet端口激励，分别仿真垂直极化和水平极化下的S参数响应，考察二极管开关两种状态下的传输、反射和吸波特性，并评估0°至45°斜入射角下的角度稳定性。
电场与电流分布分析：通过在6 GHz（带外）和10 GHz（带内）两个特征频率点，分别观察RS结构上的电流分布以及yz平面内的电场分布演化，揭示带外吸波与带内传输的物理机制，以及不同二极管状态下场的传播与反射特性。
雷达干扰性能仿真：以载频10 GHz、带宽100 MHz、脉宽10 μs的LFM雷达信号为对象，采用外部偏压控制的矩形脉冲（占空比20%）调制ESS的反射/传输状态。分别仿真采样频率fs为1 MHz和10 MHz的单频调制，以及将1 MHz与2 MHz脉冲交替组合（各1 μs段）的混合频率调制。对调制后的回波进行匹配滤波处理，生成假目标分布图，验证干扰效果。
研究制作了AESS实物原型，基板材料采用Rogers 5880，并在WR137（5.38-8.17 GHz）和WR90（8.2-12.5 GHz）两种空气填充波导夹具中进行测试。实验流程包括：
小信号S参数测量：在零偏压（二极管关断）和正向偏压（二极管导通）状态下，分别测试传输系数和反射系数，验证带内传输/反射切换和带外吸波功能的实测性能。
高功率防护测试：在WR90波导中，利用功率放大器、矢量信号发生器和频谱分析仪，在9.0 GHz、9.5 GHz、10 GHz和10.5 GHz四个频点，测试输入功率从-10 dBm逐步升至30 dBm时的屏蔽效能变化，验证自适应HIRF防护能力。
雷达干扰实验：采用任意波形发生器产生调制脉冲，通过示波器和环形器搭建测试链路，分别测试单频采样（fs=1 MHz/10 MHz）和混合频率采样（fs=1+2 MHz）下的假目标分布，并与仿真结果对比。
仿真结果表明，在二极管关断状态（二极管关断），AESS在9.5 GHz至11.6 GHz频段内实现低插入损耗（< 1 dB）传输，同时在4.9 GHz至7.8 GHz频段实现宽带吸波（S11/S21 < -10 dB）。在二极管导通状态，AESS在9.5 GHz至12 GHz频段呈现反射特性（S11 > -3 dB），同时在5.0 GHz至8.9 GHz保持吸波性能。该结构在水平和垂直两种极化下性能一致，且在45°斜入射角范围内保持功能稳定。实测结果与仿真吻合良好，零偏压下测得9.2-11.4 GHz传输和5.4-8.4 GHz吸波，正向偏压下测得9.2-12 GHz反射和5.4-8.5 GHz吸波。
高功率测试揭示了AESS的自适应防护特性：当输入功率从-10 dBm升至30 dBm时，四个测试频点的屏蔽效能从约3 dB逐步增长至25 dB以上。这一功率响应特性确认了AESS能够自动感知入射场强变化：在正常工作状态保持低场强信号通过，而在面对高功率威胁时自适应激活防护机制。
基于间断采样的雷达干扰仿真实现了多样化的假目标分布。单频采样调制下，匹配滤波后产生以sinc函数包络对称分布的假目标序列，假目标间距与采样频率成正比（符合公式tpeak(n)=t0-n fs tLFM/BLFM）。混合频率调制打破了sinc包络的规律性，产生了交错排列的假目标图案，增加了雷达识别难度。实测结果验证了上述干扰效果，峰值幅度略低于仿真值，主要源于反射路径损耗（实测二极管关断/导通时S11分别为-16.3 dB/-3.1 dB，仿真为-22.0 dB/-1.6 dB）。
电场与电流分布分析揭示了功能实现的物理本质：在6 GHz处，螺旋结构呈感性，有效引导表面电流流向嵌入电阻并通过欧姆损耗耗散能量，实现带外吸波；在10 GHz处，LC并联谐振将电流限制在螺旋单元内，阻止其流向电阻，形成低损耗传输窗口。二极管导通时，10 GHz的场分布由透射行波转变为前向驻波，形成高效反射。
本研究成功实现了一款集电磁隐身、自适应HIRF防护与LFM雷达干扰于一体的多功能AESS。该设计实现了21%的工作带宽和宽带的带外吸波性能，并首次将时域动态调制功能赋予AESS平台，填补了以往AESS在带内雷达对抗能力方面的空白。与现有文献相比，所提出的AESS在扩展自适应频带的同时确保了宽带吸波，并将HIRF防护与雷达干扰功能有机整合。
在应用价值层面，该多功能AESS无需信号转发，可直接部署于天线前端，以被动方式实现雷达干扰，具有优于传统有源干扰系统（如数字射频存储技术）的隐身性和更高的干信比。这为电子设备在复杂电磁环境中同时实现隐身、防护和主动干扰提供了统一解决方案，显著拓展了可重构超表面的实际应用范围。
本研究的突出创新体现在以下方面：第一，在功能集成上实现了突破，首次将自适应防护、带外吸波隐身和基于时域调制的雷达欺骗干扰三项功能统一于同一物理平台。第二，在调制方式上提出了混合频率间断采样策略，通过非均匀脉冲串的复合调制，打破了传统单频ISRJ产生的sinc函数幅度特征，生成更加多样化和难以识别的假目标分布。第三，在结构设计上采用RS与ESS功能分解的架构思想，使两层分别承担吸波隐身和带内调控功能，通过间距优化实现独立工作，降低了设计复杂度。第四，该AESS位于天线前端即可实现干扰效果，无需对接收信号进行存储和转发，简化了系统架构并提升了抗干扰性能。