1、材料物联网：从电磁建模到应用的全面解析

材料物联网：从电磁建模到应用的全面解析

1. 研究背景与概念引入

近年来，一个新颖的研究方向在无线通信领域崭露头角，它致力于探索能否定制电磁学定律，而非仅仅遵循它们。这一方向具有范式转变的潜力，尤其在备受期待的极高频领域。其核心围绕着一类人造材料展开，这些材料能够感知入射的电磁波，并依据软件指令改变这些波。

例如，HyperSurfaces 概念的提出，它可以覆盖常见物体，如墙壁、门和大型家具，对无线传播方式进行逻辑控制，从而动态优化环境行为以满足无线设备的需求，为无线通信带来前所未有的通信范围、数据传输速率、能源效率和安全性提升。

2. 核心组件：超表面与超表面网络

2.1 超表面的特性与功能

超表面是一种平面人造结构，是 HyperSurfaces 的核心组成部分。它能够实现具有工程设计甚至非自然电磁功能的新颖物体，可针对任何工作频率和应用领域进行设计。其功能可以通过软件描述，包括参数化波转向、吸收、滤波和极化等。

2.2 超表面网络的作用

HyperSurfaces 构成了一种网络化的超表面，能够连接到物联网生态系统，并在任何环境下提供无线环境优化。通过部署相互连接的 HyperSurfaces，可以减轻无线传播中的退化因素，如路径损耗、多径衰落和多普勒频移。这不仅有利于降低无线设备的功耗，延长电池寿命，还能减少设备间的干扰，提高数据传输速率和覆盖质量，同时增强隐私保护。

3. 电磁建模基础

3.1 超表面的基本模型

考虑最简单的超表面，由一层小的电可极化单元组成，单元呈周期性排列且处于自由空间，周期小于半波长，每个