综述：隐身技术与天线：从理论范式到下一代智能系统

《Advanced Optical Materials》：Cloaking and Antennas: From Theoretical Paradigms to Next-Generation Intelligent Systems

电磁隐身技术从概念发展为实用应用，聚焦天线集成创新。本文系统梳理了变换光学（TO）、散射抵消（SC）、传输线网络（TLN）及智能隐身四大技术体系，涵盖原理、进展与挑战，特别分析天线互耦抑制、遮挡效应缓解及动态自适应能力实现。TO通过空间变换实现零散射，但受限于复杂材料参数；SC利用反向散射抵消，需多层结构且带宽受限；TLN通过波导效应实现宽带隐身，但尺寸受限；智能系统融合AI与可调超材料，突破传统带宽与方向性限制，使天线具备实时环境感知与形态重构能力。研究显示，智能SC与TO融合技术最具潜力，为6G、物联网等提供抗干扰、低可探测通信方案。

　　电磁隐身技术在过去二十年中经历了显著的发展，从最初的概念逐步演变为实际可行的系统。尽管其应用范围广泛，但涉及天线的隐身技术仍然是最受研究的领域之一，这源于其潜在能力，即能够使辐射或接收元件隐形，或定制其散射特性。这一研究综述旨在回顾和分析主流的隐身方法，包括变换光学、散射抵消、传输线网络以及近年来由人工智能驱动的动态、自适应系统。每种方法的运行机制、现有局限性以及与天线的集成能力都将被探讨，特别是在解决密集阵列配置中的相互耦合和遮挡效应方面。最终，通过比较分析可以发现，结合深度学习与变换光学和可重构超材料的智能隐身系统为现代隐身、传感和通信系统提供了特别有前景的解决方案。

### 1. 引言

隐身这一现象长期以来一直是科幻和幻想作品中的主题，也是现实世界中科学探索的目标。因此，过去二十年中电磁隐身技术的科学进步在各个学科中引发了极大的兴趣。对于电磁波而言，如果一个物体不会散射或吸收照射在其上的任何辐射，那么它就可以被认为“隐形”。因此，电磁隐身装置的目标是减少被照射物体的消光截面，理想情况下将其降至零。通常，这一目标可以通过抑制散射能力或重构隐藏物体的散射模式来实现，使它与周围背景的散射特性相同。

然而，实现完美的隐身仍然是一项极具挑战性的任务。尽管许多应用并不需要完全的隐身，而是可以容忍某些性能指标的放宽，但由于可利用的隐身技术种类繁多，每种方法都有其独特的优势和劣势。因此，选择适合特定应用场景的策略至关重要。

当隐身天线时，有时并不需要宽频带的特性，因为天线本身可能仅在有限的频率范围内工作。同样，当入射光的方向已知时，散射抵消可能不需要对所有角度都有效，只需单向隐身即可满足需求。因此，天线工程中的隐身目标往往比单纯的“隐形”更为复杂。根据具体场景，隐身装置可能用于减少紧密排列天线之间的相互耦合、最小化支撑结构的散射、创建定向辐射模式，甚至根据环境条件调整天线的可见性。因此，利用合适的隐身装置可以实现多种性能增强路径。

考虑到迄今为止提出的多种电磁隐身概念，大多数都属于两个开创性理论类别之一：变换光学或散射抵消，尽管还有其他创新方案。在实际应用中，超材料和随后的超表面的发现为许多隐身装置的实现提供了可能性，此外还有其他突破性的光学设备和效应，包括超透镜、超吸收体和超散射体、负或接近零的介电常数和磁导率，以及单向、慢波和超光速传播等。

尽管已有许多详尽的综述探讨了隐身、超材料和超表面的独立发展，但很少有研究系统地分析它们在天线应用中的协同演进。因此，本综述并非详尽的隐身方法目录，而是对最常见方法的聚焦分析，不仅评估它们的独立优缺点，还结合天线集成进行评估。

本论文的结构如下：首先，我们简要介绍超材料和超表面的基础知识，然后通过时间顺序展开四个核心部分，分别分析变换光学、散射抵消、传输线网络和智能隐身系统的方法。每个部分将进一步分为三个子部分，分别探讨其工作原理、发展历程和局限性，以及它们在天线应用中的处理方式。最后，我们将简要比较上述技术之间的差异，以及它们在天线上的表现，突出未来发展方向和潜在突破。

通过连接通用隐身理论与天线特定实现，本综述旨在帮助研究人员和工程师选择适合下一代隐身、传感和通信系统的最佳策略。

### 2. 超材料与超表面

超材料本质上是一种人工制造的材料，其组成和结构由普通材料构成，但通过工程设计表现出异常的电磁特性。其前缀“meta-”意为“超越”，表明超材料可以展现出超越自然的电磁特性，例如负、零或超高的折射率。

与传统材料的性质由其亚波长化学结构的平均效应决定不同，这类革命性材料的电磁响应源于周期性排列的亚波长单元的有效参数。这些单元是人工制造的实体（通常由金属或介电材料制成），而非原子或分子。通过精确定制其形状、尺寸和排列方式，这些“超原子”使得超材料能够实现前所未有的波操控能力。然而，材料损耗、共振相关色散、体积庞大以及制造复杂性——尤其是在光学频率下需要三维纳米结构——极大地限制了其实用性。

幸运的是，超材料的二维子类，即超表面，已经出现，为解决其三维对应物的限制提供了新的可能，同时保留了其独特的能力。这些平面结构的材料显著减少了厚度、复杂性和成本。它们可以通过标准或电子束光刻以及纳米压印方法进行制造，同时具备通过相位变化、振幅调制和极化转换来操控波前的能力，从而在周围自由空间和表面之间实现波传播的控制。

这种机制部分源于惠更斯原理，其中电磁波在超表面与空气界面入射时，会在每个超原子上产生球面波包，从而形成重新配置的波前。表面波也可以通过调节超表面单元的阻抗来改变其相位或群速度。因此，每个亚波长单元可以通过调整其大小、形状、方向、基板材料等，逆向工程以实现所需的波前或有效表面折射率，从而支持诸如高效波束控制、全息成像以及隐身等应用。

从早期到现代的隐身技术演进与超表面的三代发展紧密相连，这一点将在本文中得到充分体现。第一代超表面完全均匀且被动，仅能为特定频率、入射角和极化提供固定的电磁响应。第二代设计引入了主动元件，从而实现了点对点控制，使得它们能够相应地调整对不同输入的响应。直到第三代智能超表面的出现，自动决策和自适应能力才成为可能，标志着无需外部干预的动态隐身装置的诞生。

同样，超表面和天线技术也经历了紧密的共进化，可能比其他方式更加共生。超表面起源于作为天线反射器和透射器的反射阵列和透射阵列，因此继承了天线阵列的一些基础理论。另一方面，超材料的发展促进了天线创新：早期的被动超表面提供了静态的、但非凡的散射和辐射模式控制能力，而第二代超表面通过加载非线性元件和时间调制电路，使得天线功能变得更加复杂和先进。随着认知超表面的进一步发展，这种逐步增强的性能和潜在应用在各种广泛的情境中取得了显著进展，如图2所示。

然而，超表面的实用化仍然面临诸多挑战。首先，它们的实现需要复杂的制造工艺，且通常难以在光学频率下工作。其次，虽然超表面的结构可以减少散射，但它们通常需要外部的背景信息。此外，超表面在制造过程中可能因微小的不完美而产生散射，这在实际应用中是难以避免的。尽管如此，超表面的出现仍然为隐身技术提供了新的可能性。

### 3. 变换光学隐身

变换光学作为一种隐身技术，起源于Pendry等人和Leonhardt的开创性研究。其核心思想是通过扭曲空间来控制电磁波的传播路径，类似于广义相对论中引力场对光的弯曲。随着这一领域的快速发展，衍生出众多创新应用，其中电磁隐身便是其中之一。

变换光学的运行机制基于其协变性，即对麦克斯韦方程组进行坐标变换时，其形式保持不变，仅改变其介电常数和磁导率张量。这使得可以通过选择特定的曲面坐标系来设计隐身装置，从而实现对电磁波传播路径的控制。例如，通过将原直角坐标系中的点（或线）“吹大”，再将其压缩到有限的空间中，可以得到一个无波区域，从而实现隐身效果。

这种坐标变换不会影响外部边界之外的任何物体，使得入射到隐身装置上的电磁波能够绕过无波区域，继续像在自由空间中传播。因此，放置在无波区域内的物体，以及隐身装置本身，对于外部观察者而言是不可见的。

例如，将所有场压缩到半径为$R_2$的球体内部，以获得一个半径为$R_1$的球形无波区域，如图4所示。相应的坐标变换可以描述为：

$$
\begin{aligned}
r &= R_2 \cdot \frac{R_1}{R_2} \\
\theta &= \theta_0 \\
\phi &= \phi_0
\end{aligned}
$$

这使得隐身区域内的电场和磁场参数发生变化，从而实现隐身效果。然而，这种变换光学隐身方法在实际应用中仍面临诸多挑战。

尽管理论上变换光学隐身装置可以实现零散射和吸收，但实际实现却十分困难，如公式（2）所示。首先，存在一个在内边界$R_1$处的奇点，使得径向参数的值变为零，从而需要相位速度变得无限大。这是因为图4a中弯曲的光线必须比直线光线传播更远的距离，同时保持相同的相位。根据克喇默斯-克朗尼格关系，对于线性、被动、因果且时间独立的材料，这种条件只能在孤立频率下满足。

公式（2）还表明，球形变换光学隐身装置的本构参数依赖于径向坐标$r$，因此必须是各向异性的。实际上，隐身装置所依赖的几何畸变是通过复杂的材料非均匀性和各向异性实现的，这使得其制造过程变得自然困难，且在高频下更为严峻。

因此，尽管该方法可以扩展到所有尺度，但其实际应用受到狭窄带宽的限制，这是由于需要超光速传播，以及其固有的复杂材料参数。然而，Schurig等人在2006年使用由分裂环谐振器组成的超材料，成功制造出一个简化的2D圆柱形微波隐身装置。此后，许多研究者采用了不同技术，往往通过放宽条件来克服上述限制。

值得注意的是，Li和Pendry在2008年提出了地毯式隐身装置，也被称为地平面隐身装置。这种装置旨在使物体看起来扁平，从而避免隐身参数中的奇点。通过忽略轻微的各向异性，地毯式隐身装置可以设计成各向同性。将问题简化为一个物体位于平地上的情况，地毯式隐身装置旨在将一个无波区域压缩为一个有限面积的平面，而不是一个零体积的点。选择合适的准共形映射——可以保留局部角度并生成近似正方形的正交网格——有助于减少诱导的各向异性。

尽管地毯式隐身装置在制造上相对容易，且因其无奇点而具有宽带性能，但它们仍然存在一些局限性。最明显的是它们无法独立运行，只能通过反射一个虚拟镜面来实现隐身效果。另一个缺点是由于忽略各向异性，所生成的网格并非完全正方形，因此散射波会发生横向偏移，相当于物体高度的偏移，这可能导致隐藏物体被检测到。

为了解决这些问题，一些研究者采用仿射变换，如图5c所示，结合天然各向异性材料，设计出宏观的地毯式隐身装置，仅适用于特定的极化。在可见光频率下，这些装置由双折射碳酸钙晶体组成；而在太赫兹频率下，它们由蓝宝石构成。其他研究则尝试通过移除地平面来实现自由空间中的隐身，无论是单向还是全角度隐身。

此外，Leonhardt和Tyc提出了将变换光学扩展到本质上弯曲的、非欧几里得空间，从而避免了无限和超光速传播的需要。这种方法实现了宽带和全向隐身，但牺牲了完美的相位匹配。因此，非欧几里得隐身装置通常适用于人类视觉系统——人类视觉对相位差异不敏感——而不是那些可以检测干涉效应的应用。然而，通过超表面的使用，某些研究者最近结合了非欧几里得和地毯式隐身的概念，制造出一种相位补偿的3D球形隐身装置，能够独立于入射角和极化。

确实，梯度超表面显著提升了地毯式隐身装置的设想。它们的平面结构不仅减少了装置的厚度，还提供了比体积超材料更简单的可调功能实现方式，因为不再需要重新配置每个本构张量的组件。因此，近年来在电磁频谱从可见光到无线电波范围内，出现了大量超薄和动态的地面平面隐身装置。例如，2017年，某研究团队利用可重构超表面设计出一种能够同时作为幻象生成装置的地毯式隐身装置。通过控制集成的主动元件，可以重建表面相位分布，从而模仿预设的虚拟电磁形状，并通过多路直流电压源连接至计算机进行动态调整。这推动了对多功能、可切换的隐身-幻象设备的广泛兴趣，这些设备通常在无线电频谱中具有多频带功能，并采用多样化的可调材料和技术，将在第6.1节中进一步探讨。

此外，Shin等人在2012年使用一种混合弹性-电磁超材料，通过隐藏物体下方的弹性边界变形来自动获取所需的梯度折射率分布，这是一种真正“智能”的电磁隐身装置的先驱。几年后，La Spada等人利用变换光学在微波频率下设计了一种表面波隐身装置，这标志着该技术的首次应用。

近年来，研究人员已经通过数值和实验验证了宽带、极化无关的基于超表面的地毯式隐身装置，一些装置还能通过主动探测器或粒子群优化算法，在不同的入射角下运行。随着这些进展逐渐融入智能隐身系统的更广泛范式，它们将在第6节中被进一步分析。

### 4. 散射抵消隐身

尽管变换光学隐身装置在理论上具有诸多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。首先，它们的制造过程较为复杂，其次，由于其对微小不完美的极端敏感性，往往会产生一些散射。然而，地毯式隐身方法通过简单的、均匀的、各向同性的隐身覆盖层，已经发展出一些实用的隐身方案。它们虽然可能牺牲全角度和自由空间隐身能力，但通过抑制物体的主要散射谐波，可以避免这些局限性。这是由Alu和Engheta在2005年提出的散射抵消隐身技术，其核心在于不避免入射场与隐藏物体的相互作用，而是让隐身装置本身作为次级散射源，设计成与隐藏物体的散射场相抵消。

散射抵消隐身技术依赖于非共振性的破坏性干涉，以实现物体的隐形。为了抵消物体的散射项，通过多极展开法，整体的散射截面（SCS）可以大幅降低。为此，设计了一个均匀的覆盖层，使其极化矢量与隐藏物体相反，从而在准静态极限下，当覆盖层和隐藏物体的感应偶极矩完全相反时，入射波前在近场和远场都能恢复，如图7所示。

例如，对于一个半径为$a$、介电常数为$\varepsilon$、磁导率为$\mu$的均匀各向同性球形散射体，可以设计一个同样均匀、各向同性、无损耗的球形壳层，其半径为$a_c$（$a_c > a$），介电常数为$\varepsilon_c$，磁导率为$\mu_c$，从而显著减少总SCS，使得内部物体（及其隐身层）对外部观察者来说更加难以探测。假设一个单色平面波$e^{-i\omega t}$入射到球形结构上，通过标准的米氏展开，散射场可以描述为一系列正交的球面谐波的离散和，其复振幅分别为$ c_n^{TE} $和$ c_n $，分别对应TE和TM球面波。其中，$n \geq 1$是整数，且：

$$
\begin{aligned}
c_n^{TE} &= \frac{1}{2} \left( \frac{1}{\mu} - \frac{1}{\mu_c} \right) \cdot \left( \frac{1}{\varepsilon} - \frac{1}{\varepsilon_c} \right) \cdot \left( \frac{1}{k_0} - \frac{1}{k_c} \right) \\
c_n &= \frac{1}{2} \left( \frac{1}{\varepsilon} - \frac{1}{\varepsilon_c} \right) \cdot \left( \frac{1}{\mu} - \frac{1}{\mu_c} \right) \cdot \left( \frac{1}{k_0} - \frac{1}{k_c} \right)
\end{aligned}
$$

尽管添加介电覆盖层通常会增加总SCS，但如果选择合适的球形隐身层参数，使得$ U_n^{TM} $趋近于零，从而在公式（3）中使得$ c_n^{TM} $变为零，总SCS将显著减少。对于电小尺寸的介电散射体，当$ k_0 a_c $、$ k_c a_c $ << 1时，米氏展开可以简化为仅包含$ n = 1 $的偶极项，此时$ U_n^{TM} = 0 $的条件可被推导为：

$$
\begin{aligned}
U_n^{TM} &= \frac{1}{2} \left( \frac{1}{\varepsilon} - \frac{1}{\varepsilon_c} \right) \cdot \left( \frac{1}{\mu} - \frac{1}{\mu_c} \right) \cdot \left( \frac{1}{k_0} - \frac{1}{k_c} \right) \\
&= 0
\end{aligned}
$$

由于介电覆盖层的介电常数和磁导率低于自由空间，它们最有效地满足公式（6），因此这种过程被称为等离子体隐身。然而，超材料的负参数也可以用于工程化这些相对不依赖制造不完美的隐身装置。此外，较大的物体可以通过多层等离子体覆盖层进行隐藏，这些覆盖层设计用于抑制更多的散射阶次，同时保留入射波的极化和入射角，以及隐身装置对观察者位置的独立性。

尽管等离子体隐身在光学频率下表现良好，但其制造过程仍然受限于等离子体材料的特性。而mantle隐身则特别适用于微波频率，因为所需的金属表面可以轻易制造。然而，mantle隐身同样受限于尺寸；一个单层FSS（频率选择表面）只能提供显著的隐身效果，用于隐藏尺寸不超过几个波长的物体。

实验验证包括在太赫兹频率下使用单层石墨烯隐身层，尽管其他实用方案也在无线电和微波频率下被提出。例如，mantle隐身层被用于隐藏尺寸较大的导电圆柱体，通过最小化多个散射多极子来实现。此外，通过调整椭圆体纳米粒子的长宽比，可以实现频率可调的mantle隐身层，从而改变工作频率。

尽管mantle隐身提供了比传统TO或等离子体结构更宽的带宽，但真正宽带操作仍然是不可能的，这受到Foster反应定理和Bode-Fano理论的限制。前者指出，任何被动系统的电抗随着频率单调增加，而后者描述了阻抗匹配在带宽上的理论限制。

一般来说，任何隐身装置的带宽都受到其线性、被动性和因果性限制，并且带宽和总散射抑制之间存在权衡。在被动隐身装置中，当它们在特定频率范围内抑制散射时，其他频段的散射会增加。此外，所有被动介质（除了真空）都不可避免地表现出一定程度的吸收损耗，这意味着被动隐身装置会减少入射辐射的振幅，从而无法实现完美的隐身。

主动系统可以绕过这些带宽限制，并通过增益来补偿材料损耗，从而实现完美的宽带隐身装置。例如，简单的单层、均匀的主动隐身层已被证明能够理论上克服Bode-Fano理论，并实现宽带散射抑制。在mantle隐身中，通过在图案化金属表面加载负电容非Foster元件（如负阻抗转换器），可以打破Foster定理并支持宽带功能。

此外，非线性mantle超表面加载二极管对——它们可以根据入射场的功率水平切换其隐身效果——被用于设计功率依赖的天线阵列。利用二极管对的非线性特性，其在低功率信号下表现出高阻抗，而在高功率信号下表现出低阻抗。因此，被低功率平面波照射的天线表现出极低的散射，而在高功率平面波照射下则不会受到干扰。某研究团队展示了Yagi-Uda天线同时被其导体和反射器隐身，使其在低功率水平下表现为全向辐射元件，在高功率水平下表现为高度定向的天线。更复杂的设置包括对3×3偶极子阵列的外围辐射元件进行隐身，使其能够以特定方向扫描环境，当高功率信号关闭隐身层时，而中心元件则能够从任何方向接收信号，当外围元件被低功率信号隐身时。

主动隐身技术的出现为天线功能带来了突破，超越了被动系统的限制。例如，主动双各向异性mantle隐身层可以减少偶极子天线在工作频率下的散射，同时保留其在传输模式下的辐射特性。这是通过构建由晶体管构成的非互易隐身层实现的，这些晶体管作为隔离器使用，从而产生零散射但允许天线完全传输。

此外，非线性mantle超表面加载二极管对，能够根据入射场的功率水平切换其隐身效果，被用于设计功率依赖的天线阵列。利用二极管对的非线性特性，其在低功率信号下表现出高阻抗，而在高功率信号下表现出低阻抗。因此，被低功率平面波照射的天线表现出极低的散射，而在高功率平面波照射下则不会受到干扰。某研究团队展示了Yagi-Uda天线同时被其导体和反射器隐身，使其在低功率水平下表现为全向辐射元件，在高功率水平下表现为高度定向的天线。更复杂的设置包括对3×3偶极子阵列的外围辐射元件进行隐身，使其能够以特定方向扫描环境，当高功率信号关闭隐身层时，而中心元件则能够从任何方向接收信号，当外围元件被低功率信号隐身时。

### 5. 传输线网络隐身

相比变换光学和散射抵消，传输线网络隐身是一种较新的概念。它由Alitalo等人在2008年提出，提供了一种简单、宽带且低损耗的替代方案，因为其不需要超光速传播，也不依赖固有的损耗和色散材料。与变换光学方法类似，隐藏物体被隔离，不会与入射波发生相互作用。然而，与变换光学不同，这些隐身装置制造起来相对容易，因为它们通过将电磁波从背景介质耦合到传输线网络中，实现波的重定向和引导，从而隐藏任何位于周期性装置内的物体。

传输线网络隐身的运行机制基于电磁波在传输线网络中的传播，使得相邻传输线之间的空间中没有电磁场。这是传输线网络（TLN）隐身装置设计的基本原理，如图11所示。入射波在自由空间中进入网络，网络可以是未加载或通过电感和电容等离散元件周期性加载的，波在其中传播并从另一端输出。

为了实现有效的隐身，必须满足两个关键条件。首先，TLN必须与自由空间阻抗匹配，以防止在隐身层界面处发生反射。实现这一点需要一个耦合层——也称为过渡层——围绕隐身层，以“压缩”来自周围介质的场到传输线中，从而在介质和网络之间实现耦合。该层通常由锥形平行条形传输线或天线阵列实现。其次，网络内的波传播必须与自由空间中的波传播相似，保持各向同性和相同的色散特性。否则，隐身装置将产生散射。

为了更好地理解传输线网络传播，已推导出加载网络的色散方程，其中离散负载被定义为串联电抗$Z = 1/(j\omega C)$和并联导纳$Y = 1/(j\omega L)$，其中$C$和$L$分别为离散负载的电容和电感。对于任意负载$Z$和$Y$的二维情况，色散方程为：

$$
\begin{aligned}
k_i &= \frac{\omega}{c} \sqrt{\frac{L}{C}} \\
d &= \frac{2\pi}{k_{TL}} \cdot \frac{1}{\sqrt{Z_{TL} \cdot Y_{TL}}}
\end{aligned}
$$

其中，$k_i$是沿轴$i$的波数，$c$是光速，$k_{TL}$和$Z_{TL}$分别是传输线的波数和阻抗。对于工作频率为1 GHz的微波，可以选择二维TLN的尺寸和阻抗值，使其在加载和未加载情况下均与自由空间阻抗匹配。然而，为了确保传播匹配，即与自由空间相同的相位速度，需要一个加载的网络。

将这些二维网络堆叠可以产生各向同性的三维隐身装置，能够隐藏大小适合单个单元或更广泛的鱼网结构的物体。这种简单的设计相对容易制造，并且特别适合无线电频率，因为传输线技术在该频段已经非常成熟。此外，通过利用传输线网络的固有波导特性，而不是复杂的各向异性超材料或共振相互作用，这种方法有望实现更宽的带宽。事实上，对于未加载的网络（$Z = 0$和$Y = 0$在公式（7）中），相位和群速度相等，色散线性，从而实现宽带信号隐身。

### 6. 智能隐身系统

尽管之前的隐身技术大多是被动的、静态的和预设的，但智能隐身代表了最新的范式转变，引入了基于实时反馈的动态适应性和自主决策能力。这是由人工智能（AI）及其主要子集深度学习（DL）的最新进展所推动的，使得计算模型能够从大量非结构化数据中“学习”，从而执行任务而无需显式的编程或指令。因此，智能系统有望克服之前讨论的隐身装置的许多不完美之处，其增强的适应能力使它们在现实世界中，尤其是在外部刺激和背景条件不断变化的场景中，实现更有效的隐身。

智能隐身系统通常包括三个关键组成部分，类似于自然伪装机制中，变色龙能够自动和迅速调整其内部结构，从而实现持续的“隐形”。首先，需要一个环境/电磁探测器，类似于光敏感细胞，用于持续监测周围环境并发现入射波，提供实时输入数据。这通常通过摄像头和天线分别实现。

其次，深度学习系统作为中央神经系统，处理输入信息以确定适当的隐身配置，从而调整物体的散射场。这通常通过预训练的人工神经网络（ANN）实现，该网络是隐身系统的核心“智能”部分。通常，一个ANN由人工输入神经元与隐藏层以及输出层组成。信息通过矩阵乘法和非线性激活函数向前传播。在部署前，神经网络通过反向传播算法进行大量训练，以优化层间的突触强度。

最后，可重构超表面作为执行器，根据DL系统的指令，通过其集成的主动元件调整局部反射光谱。例如，一个成功训练的ANN可以快速处理探测器的数据，为结构中的每个超原子确定必要的偏置电压或控制信号。本质上，第二代超表面构成了硬件，而AI算法则作为这些智能第三代超表面的软件基础。因此，可调的超结构是智能隐身技术的关键使能技术，也是其不可或缺的构建模块。事实上，它们内在地定义了这些系统的运行模式，如带宽、极化和方向性。

在调谐方面，许多可用的机制可以大致分为两大类。第一类是机械结构变化，包括修改超原子的大小、形状或空间排列，由某种外部刺激驱动。这种方法可以通过微机电系统或微流体技术实现，适用于各种频谱范围，但通常受限于较慢的响应速度，因此不太适合智能隐身系统。

第二类策略涉及使用主动元件，如PIN或变容二极管、非Foster材料、液晶或非线性材料如石墨烯等。这些策略通常提供更快的响应速度，但通常受限于材料色散，因此通常只能在窄带范围内运行。因此，所选的频率范围——从微波到光学——通常决定了哪种调谐方法最合适，如图16所示。

### 7. 结论

电磁隐身技术与超表面的不断发展为隐身装置的实现和应用提供了重要的支持。这些技术从理论到实践，为天线工程中的隐身应用提供了多样的选择。每种方法都有其独特的优势和局限性，例如变换光学提供了理论上完美的隐身能力，但需要复杂的各向异性材料参数和超光速传播，这意味着其带宽通常较窄。地毯式隐身装置通过简化设计来缓解这些问题，但以牺牲自由空间和全角度隐身能力为代价。

散射抵消技术则牺牲完全的隐身，以换取更高的可行性。mantle隐身装置提供了第一代超薄和符合性结构，但真正的宽带能力仍然难以实现。此外，大多数散射抵消装置难以处理较大的散射体，并且需要对隐藏物体及其入射场的先验知识。

传输线网络隐身装置通过引导波通过障碍物而不是绕过它们，从而避免了超光速传播的限制，使其在微波频率下具有实际应用的可能。然而，这同时对隐藏物体的尺寸和形状带来了严格限制，并且会受到相位匹配问题和极化依赖的困扰。宽带功能是微波网络隐身装置的代价。

最后，得益于可重构超表面和人工智能的突破，智能隐身系统已经突破了传统被动和静态方法的基本限制，实现了自主的、动态的实时适应能力。然而，与超表面相关的挑战仍然存在，例如系统复杂性、高功耗以及对环境的适应性。尽管如此，这些研究为未来的应用提供了新的可能性，包括在无线通信、生物医学传感和雷达隐身等领域的潜在影响。