傳統偽裝材料往往集中于單一維度的偽裝手段——“隱真”或“示假”，面對可見光、紅外、雷達等多頻譜的復合偵察手段（成像偵察、信號探測等），單頻譜、單維度的偽裝手段逐漸力不從心。針對這一挑戰，空軍工程大學王甲富教授團隊提出一種多頻譜多維集成的超構表面偽裝蒙皮。基于靈活的諧振調控策略，超構表面僅通過一個功能層，即實現紅外與微波波段同步生成虛假目標圖像，同時具備雷達后向散射縮減功能，將“成像示假”與“低可探測隱真”融為一體，為多頻譜多維偽裝開辟了新的路徑。
上述研究成果以“Metasurface Camouflage Skin for Simultaneously Deceiving Multispectral Imaging and Radar Detection”為題發表于Laser & Photonics Reviews。論文第一作者為空軍工程大學博士生孫輝廷，空軍工程大學王甲富教授、王軍副教授、朱瑞超講師和楚遵天講師為共同通訊作者。空軍工程大學隨賽、王嘯坤、丁暢、賈宇翔、劉堯、屈紹波和中國航空綜合技術研究所劉健也為本工作做了重要貢獻。本研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、陜西省自然科學基金、陜西省青年創新團隊的資助。
現代戰場偵察已進入多譜段、跨維度的時代。熱紅外探測器可捕捉目標的溫度特征；合成孔徑雷達（SAR）能通過電磁散射重構目標輪廓；可見光相機則直接獲取目標幾何形態。單一波段偽裝手段（如雷達吸波涂層或紅外迷彩）難以同時應對上述探測方式。傳統多頻譜偽裝常采用“紅外偽裝層+微波隱身層”的堆疊結構，層數多、工藝復雜，且主要聚焦于降低目標的可探測性（即“隱真”），在主動制造虛假圖像/誘餌（即“示假”）方面缺乏關注。在微波頻段，通過全息技術生成假目標圖案的成像偽裝研究尚處于起步階段，且尚未與紅外可見頻段實現協同成像。因此，如何用單層結構同時完成“隱真”與“示假”的多維偽裝，并覆蓋多個重要頻譜，是偽裝領域亟待突破的難題。
針對上述挑戰，研究團隊提出了一種蒙皮式的超構表面設計策略——單一功能層內同時承載紅外輻射調控、微波幅值/相位調控和可見光透明特性。通過巧妙地利用諧振耦合與諧振解耦兩種機制，團隊設計了兩類具有協同成像功能的超構表面（Meta I 和Meta II），實現了從可見光、紅外（3–14μm）到微波X波段（8–12GHz）的同步偽裝。
亮點一：單層結構實現頻譜功能集成
超構表面采用經典的金屬-介質-金屬（MDM）構型：底層為ITO反射層，中間為PMMA介質，頂層為銅制開口圓諧振環（SRR）。所有介質材料（ITO、PET、PMMA）在可見光下透明，因此表面銅圖案可直接形成可見光圖案。在紅外波段，通過在SRR中心嵌入不同尺寸的銅圓貼片，可調控金屬占空比，從而精確改變單元的紅外發射率。高發射率單元與低發射率單元按圖像規律排布，即可在紅外熱像儀中呈現出預設的“飛機”等虛假熱像。這一設計打破了以往紅外偽裝層與微波層分離的慣例，將紅外調控功能直接集成在微波單元內部。
偽裝原理示意圖及超構表面設計原理圖
亮點二：諧振耦合實現幅值全息（Meta I）
在微波波段，SRR本身可實現高效的極化轉換（同極化反射低于–10dB）。當嵌入完整銅圓貼片后，貼片邊緣產生的表面電流與SRR固有電流方向相反，形成磁諧振耦合，從而在10–12GHz選擇性地“關閉”極化轉換，使該單元的同極化反射幅值升至–5dB以上。于是，Meta I中兩種單元（有/無貼片）在微波頻段形成了明顯的反射幅值梯度。利用這一梯度，結合角譜法（ASM）與幅值全息算法，團隊在近場（50mm處）成功重建出“飛機”的微波全息圖像。實驗表明，在8、10、12GHz下，線極化入射時均可清晰觀察到飛機輪廓，實現了與紅外熱像完全一致的成像示假。
亮點三：諧振解耦釋放相位調控自由度（Meta II）
為進一步提升微波成像的靈活性和效率，團隊對銅圓貼片進行十字開縫（縫寬0.1 mm），將貼片分為四塊。此舉切斷了貼片與SRR之間的強耦合，使SRR的極化轉換性能在特定頻段幾乎不受影響（即諧振解耦）。此時，通過改變SRR開口角度α（15°~165°），可獨立調控交叉極化反射相位覆蓋0°~270°，且反射幅值保持在0.5以上。團隊選取8種單元（含貼片與無貼片各4種相位態），利用Gerchberg?Saxton（GS）相位全息算法，在紅外排布矩陣的基礎上融合微波相位編碼，最終生成25×25單元規模的Meta II樣品。實驗結果顯示，在右旋圓極化波入射下，左旋圓極化通道可在80–110 mm不同距離處均重現清晰的飛機全息圖，體現出優異的三維空間成像能力。
(a) Meta II全息設計計算流程；(b) Meta I在8、10、12 GHz下，X線極化波與Y線極化波入射時的振幅全息成像結果；(c) Meta II在8、10、12 GHz下，右旋圓極化波入射時的相位全息成像結果；(d) Meta II與銅板在全極化入射波下的雷達散射截面對比；(e) Meta II 與銅板在10 GHz下，Y線極化波與左旋圓極化波入射時的遠場散射分布。
(a) 樣品（Meta I 和Meta II）的加工樣品及局部細節；(b) 樣品在3–14 μm范圍內的發射率實測值及所用測試設備；(c) Meta I和(d) Meta II不同區域的平均紅外發射率測量結果；(e) Meta I和(f) Meta II在50°C加熱平臺上的熱紅外成像結果。
亮點四：同步實現“示假”與“隱真”
除了主動制造假目標，Meta I和Meta II均天然具備雷達散射截面（RCS）縮減能力。Meta I中兩種單元的幅值隨機分布，Meta II中8種單元的相位覆蓋0~270°且幅值不等，二者均破壞了反射波前的相干性，使后向散射能量被分散到其他角度。仿真與實測表明，Meta II在8–12GHz全頻段、全極化（線/圓極化）下，后向RCS較同尺寸銅板降低3 dB以上，部分頻點達7 dB（平均能量衰減超過50%）。這意味著超構表面在實現欺騙成像的同時，自身也被“隱形”，真正做到了“隱真”與“示假”的協同。
(a) 近場測試環境及設備示意圖（Meta I和Meta II）；(b) Meta I在8、10、12 GHz下，XX通道的實測振幅成像；(c) Meta I在8、10、12 GHz下，YX通道的實測幅值成像；(d) Meta II在10 GHz下，不同距離處（LR通道）的實測相位成像。
(a) 遠場測試環境及設備示意圖；(b) Meta II與銅板在8、10、12 GHz下的總散射場對比；(c) 弓形架法反射率測試環境及設備示意圖；Meta II在(d) XX通道和(e) YY通道下的仿真與實測雷達散射截面縮減結果。
綜上，該工作首次將諧振調控范式引入多頻譜偽裝超構表面，用單層結構同時實現了可見光透明、紅外熱成像偽裝、微波幅值/相位全息成像以及雷達后向散射縮減。與以往多層、單一維度偽裝的材料相比，本研究設計的Meta I和Meta II在結構集成度、偽裝維度和設計靈活性上均有顯著提升。尤其是通過諧振解耦，紅外功能與微波功能可獨立設計、互不干擾，為未來可重構、智能化、大規模偽裝蒙皮提供了理論和技術基礎，在新一代隱身裝備、軍事假目標以及電磁對抗領域具有巨大應用潛力。
