6月22日，清华大学电子工程系李越副教授课题组在Nature Communications（《自然·通讯》）发表了题为“Geometry-independent antenna based on Epsilon-near-zero medium”（《基于近零指数媒质的几何无关天线》）的研究论文，提出使用近零介电常数（Epsilon-near-zero, ENZ）媒质构造几何无关的新型天线，使天线的工作频率不再与天线的几何形状有关，实现天线空间辐射特性和工作频率的独立设计。该工作为天线设计提供了全新的灵活性，在柔性电子、智能感知与无线通信等领域具有潜在应用价值。
ENZ天线几何无关特性的概念图
ENZ媒质，即介电常数接近零的媒质，电磁波在这种媒质中具有无限大的波长和相速度，因此呈现诸多几何无关的特性。本文利用ENZ媒质的这一性质，设计了工作频率与几何形状无关的ENZ天线。传统天线的工作频率由其几何尺寸与形状决定，而本文提出的ENZ天线，其工作频率与天线的几何尺寸无关，而是完全由媒质本身的色散特性决定。这种几何无关的特性使得ENZ天线能够实现传统天线所不能实现的极端尺寸与辐射性能。此外，本文还利用ENZ媒质的波前调控能力，设计出通过形变实现天线辐射特性改变的多功能ENZ天线，为柔性天线提供了新的解决方案，充分展现了ENZ媒质在天线的功能扩展与性能提升方面的潜能。
ENZ天线的实验测试：（a）待测天线的实物照片，（b）天线反射系数的频谱，（c）天线的辐射方向图
本论文的理论和实验工作均在清华大学完成，清华大学电子工程系为论文第一单位。李越副教授、西班牙纳瓦雷公立大学伊涅格·里博洛（Inigo Liberal）博士和美国宾夕法尼亚大学电气与系统工程系纳德·恩赫塔（Nader Engheta）教授为本文通讯作者，电子工程系2018级博士生李昊与2017级博士生周子恒为文章共同第一作者。其他作者包括清华大学电子工程系2019级博士生孙旺宇与2016级校友何翼景博士。本研究得到了国家自然科学基金（62022045）资助，清华大学信息科学与技术国家实验室和电子系自主科研经费的支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31013-z
