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国家重点实验室
东南大学毫米波国家重点实验室是二十世纪90年代初国家计委批准建设的国家重点实验室之一。实验室以“电磁场与微波技术”国家重点学科为依托，具有博士、硕士学位授予权，拥有博士后流动站，是教育部“长江学者计划”特聘教授设岗单位，2004年获“教育部创新团队”称号，2006年荣获国家自然科学基金委“创新群体”基金，2010-2012 年继续获得国家自然科学基金委“创新群体”基金的滚动支持。
自建设以来，实验室始终围绕国家重大战略需求和行业重大需求，开展微波、毫米波与太赫兹领域前沿基础理论和关键技术的研究，在重点研究方向上取得突破，并持续强化科技成果转化工作，涵盖“基础研究、应用基础研究、前沿技术研究和成果转化”全链条布局。近年来主要研究定位在“人工电磁材料与计算电磁学”、“毫米波器件、电路与系统”、“毫米波亚毫米波理论与技术”三大方向上，开展了深入且卓有成效的研究工作，基本确立了在微波毫米波与亚毫米波领域的引领地位，并在国际上产生了较大的影响。
毫米波国家重点实验室是目前国内高校中最早建设完成并开放运行的电磁场与微波技术领域的国家重点实验室。实验室自建成以来，经过近30年的持续建设, 现已逐步建成为: 1）开展微波毫米波与亚毫米波领域高水平基础研究和应用基础研究的基地; 2）面向国家重大需求的高技术研究基地; 3）牵引和服务行业发展的核心技术创新基地；4）聚集和培养本领域优秀科学家和工程师的基地；5）本领域高层次国际学术交流的平台。
截止2020年6月，实验室固定人员共计76人，拥有中国科学院士1人、中国工程院院士1人（2019年去世），国家杰出青年基金获得者4名，IEEE Fellow 5人，教育部“长江学者奖励计划”特聘/****4人、青年特聘教授2人，国家海外高层人才引进计划教授5人，国家高层次人才特殊支持计划1人，中青年科技创新领军人才1人。教授、研究员18人，副教授、副研究员、高级工程师34人，讲师、工程师等24人。在读博士生166名，硕士生248名。长期承担国家973项目、自然科学基金重大项目与重点项目、“863”重大项目、国家杰出青年科学基金、国家攻关及省部委基金等项目的研究。主编和参编多部学术专著，在国内外权威学术刊物上发表了1500多篇高水平论文，并被国内外学者广泛引用。获得国家自然科学奖、国家科技进步奖以及省部委科技进步奖等多项奖励。
经过多年的持续建设，实验室在学科领域内形成了比较完备的实验与测试环境。
1. 逐步建成了多个处于国际前列、国内领先的支撑平台，支持了本实验室以及行业内很多科研院所和企业的科学研究与产品开发，包括：（1）到1.1THz的网络参数、频谱参数测试平台，（2）到1.1THz的芯片测试平台，（3）到1.1THz的天线测试平台，（4）到3.5THz的准光测试平台，（5）到110GHz的EMC测试平台等。除支撑本实验室的创新研究外，还为国内大部分C9高校及其他多所有测试需求的院校、多家科研院所（中国电子科技集团公司第十四研究所、第五十五所、第十二所等）、多所境外高校（如爱尔兰都柏林大学等）、多家企业（如米乐为微电子公司等）开展微波毫米波与太赫兹研究提供了测试支持，为促进我国毫米波与太赫兹技术的发展做出了实质性贡献，起到了国家重点实验室对本学科领域的引领和支撑作用。
2. 搭建了具有自主知识产权的电磁超材料二维、三维近场测试平台并支撑了超材料的实验测试。
3. 研制了具有自主知识产权的高效电磁评估与分析平台，打破了Xpatch等美国军用软件对我国的封锁。
此外，实验室还建设了先进完善的EDA软硬件平台，包括大型并行计算机和Cadence、Synopsis、HFSS、CST、ADS、EMPIRE、FEKO、IE3D等十几种大型EDA软件。
东南大学毫米波国家重点实验室：https://mmw.seu.edu.cn/
研究方向=人工电磁材料与计算电磁学
· 新型微波超材料及其对电磁波的自由实时调控
超材料是由亚波长单元周期或非周期地排列而组成的人工结构阵列，可通过设计结构单元及其排布来定制等效材料属性，自由地控制电磁波，带来全新的物理现象和应用，是信息领域的研究热点，四次入选《Science》杂志遴选的“十大科学突破”。东南大学毫米波国家重点实验室崔铁军院士团队在国家自然科学基金重大项目、国家重大研发计划项目等的支持下，对微波超材料进行了系统性研究，取得了一系列原始创新性成果。
突破超材料国际惯用的等效媒质表征方法，创造性地提出了用数字“0”和“1”的空间编码来表征超材料的新思想及其调控电磁波的新方法，通过改变具有相位相反特征的“0”和“1”单元的空间编码序列来控制电磁波，创建了数字编码和现场可编程超材料这一新体系，有望在新体制雷达和通信系统中获得重要应用。
在国际上率先从微波传输线的角度研究人工表面等离激元（SPP）超材料，提出一种超薄、低损耗、条带式的SPP传输线，能在共形曲面上传输无畸变的SPP波，开辟了基于SPP模式的微波领域新分支。
成果曾荣获《Light Science & Applications》期刊的高被引论文奖，相关研究成果于2014年和2018年两次获得国家自然科学二等奖，入选2016年美国光学学会最激动人心的30项同行评议光学成果、《中国激光》遴选的全球光学年度十大科研突破、国家自然科学基金基础研究年度十大进展。崔铁军教授由于这方面的突出贡献于2019年当选中国科学院院士。
超材料技术在军事和民用领域都具有广阔的应用前景，作为一项基础前沿技术，谁率先掌握其工程应用关键技术，谁就将取得军事科技和武器装备的压倒性优势以及民用信息科技产业的颠覆式发展。目前超材料技术正处于应用转化的关键时期，尤其是正在发展中的信息超材料技术（第三代），因其可实现对电磁波的精确实时调控，并能进一步对信息进行感知、理解，甚至记忆、学习和认知，将对武器平台电磁隐身、新概念电子对抗/电子欺骗、新体制雷达/通信等应用领域产生颠覆式的影响。
·复杂电磁问题的仿真算法与应用
随着电子科学技术的快速发展及其应用范围的不断扩大，特大复杂电磁问题的求解逐渐成为计算电磁学领域的世界性难题。本实验室在计算电磁学方面开展了卓有成效的研究工作，提出了参数化无网格高频渐近算法、透过性目标密度自适应光束追踪方法、直接时域高频算法，平面波激励下任意复杂埋地目标的时域有限积分方法，以及地海背景下目标与随机环境复合散射的测算融合技术。开发了电大尺寸快速电磁评估分析（被总装命名为高频散射国家代码软件NESC2.0）、精细结构电磁分析设计、地海面目标与其所处背景环境耦合效应仿真评估以及粒子电磁仿真等算法模块，这些软件已经在包括电大/超电大尺寸目标及其环境的电磁散射特性预估、隐身/反隐身快速设计、穿墙雷达仿真、电磁逆向工程、天线天线罩一体化分析、埋地目标宽带散射特性分析、微放电、隐身性能评估和结构材料设计、第三代雷达隐身即“变色龙”隐身目标设计以及战场电磁态势模拟等领域取得了应用。
在高频算法研究方面：实现了基于光束追踪（Beam Tracing）的高频渐近电磁仿真算法和软件（NESC：高频散射国家代码），适用于金属、涂覆、介质目标的高频快速求解，可用于电大、超电大尺寸目标及其环境的电磁散射特性预估、隐身/反隐身快速设计、穿墙雷达仿真、电磁逆向工程等，已经在包括中电、中船、航空、航天多个领域各大研究院所获得应用。
在时域有限积分算法研究方面：实现了基于时域有限积分方法的全波分析算法和软件，能够解决包括金属、介质及其混合目标在内的辐射和散射问题，擅长精细结构目标的电磁分析和时域信号的近场动态展示，平面波或天线激励下复杂地层中复杂目标的散射特性分析是其特有的功能。已经在包括天线天线罩一体化分析、埋地目标宽带散射特性分析、隐身性能评估和结构材料设计等方面获得应用。
在地海环境建模方面：实现了地海面目标与其所处背景环境耦合效应仿真评估算法及软件，支持各类分形和真实卫星测量地形（地理信息数据）以及线性和非线性动态海面，支持混凝土、沥青、沙地、草地、林地以及淡水和海水等典型地貌，包括面模型、体模型及其多层多类复合模型，可为第三代“变色龙”雷达隐身目标设计提供理论支撑和仿真工具，是战场电磁态势模拟的海量数据源。因为支持测量数据驱动的地形和地貌模型，其所用技术称为测算融合技术。
在应用方面：提出了基于快速电磁评估和精确全波分析方法集合的电磁逆向工程技术，能够在较高置信度下恢复非合作目标的外形和材料特性。
在基于积分方程法的快速算法和区域分解方法方面：对于电尺寸越来越大的问题，单纯发展快速算法是不能满足需求的，必须同时从计算复杂度和存储复杂度提高算法的效率。针对基于积分方程法的区域分解方法开展研究，有效地降低了快速算法的存储复杂度。近年来重点研究了针对PEC目标的基于积分方程的重叠型和非重叠型区域分解方法，并结合不同快速算法或压缩算法处理多尺度问题。
在低频到高频的电流电荷积分方程矩量法中，对电荷密度构造了金字塔型基函数提高精度，不但遏制了近远场的“伪振荡”现象，而且大幅度减少了电荷密度的未知量数目。
在带阻抗边界的目标的积分方程矩量法中，对电流密度构造了一种新型的Buffa-Christainsen基函数。它是无量纲的，和经典RWG函数一致，保证了积分方程中各个算子的离散中量纲的一致性。当表面阻抗从小到大变化时，阻抗矩阵特征值性态良好和稳定，阻抗积分方程矩量法和它的多层快速多极子快速算法的收敛效率较高。
在基于GPU/CPU异构平台的并行电磁算法方面：从2013年开始研究电磁场积分方程算法在GPU/CPU异构平台上实现，取得了一些阶段性要成果：提出了多层快速多极子算法（MLFMA）在GPU/CPU异构平台上的一个优化实现，在效率方面大约有25%的提升；提出了自适应交叉近似算法（ACA）在多GPU平台上的一个优化实现，与传统的4核CPU并行算法相比，矩阵压缩过程的最大加速比约为82，而远场矩阵-向量积的最大加速比约为30；提出了高阶矩量法（HMoM）在GPU/CPU异构平台上的一个带有核外LU求解器的优化实现，与国际上现有的实现比较，加速比超过7。
研究方向=毫米波器件、电路与系统
研究方向=毫米波亚毫米波理论与技术
毫米波国家重点实验室在毫米波亚毫米波理论与技术方向开展了卓有成效的创新研究工作，主要开展了毫米波亚毫米波天馈系统、毫米波亚毫米波准光技术、毫米波介质材料复介电常数测量、毫米波卫星通信地球站射频设备、太赫兹倍频和混频接收技术、毫米波模块与应用系统等研究工作，具体介绍如下：
在毫米波亚毫米波天馈系统方面，在国际上首先完成了375GHz亚毫米波准光单脉冲天馈系统的仿真设计与实物研制，实测实现了单脉冲和差方向图；在国内首次实现了400GHz太赫兹平面滤波器和系列325-500GHz准平面太赫兹高增益天线的研制；完成了毫米波段多款多模共口径天馈的创新设计和实物研制，并已在国防总体单位的型号任务上得到应用；完成了宽带平面单脉冲波导缝隙天线阵的研制，带宽性能居国内领先，并已在总体单位系统中得到应用，即将推向规模化应用。
在毫米波亚毫米波准光技术方面，主要开展了功率合成和波束变换技术研究,在太赫兹功率合成技术中，提出准光波束功率合成的新思路，仿真与实验取得重要进展；在准光波束变换技术中，完成了高斯波束、贝塞尔波束等各类特殊波束的透射式、反射式变换，并应用于亚毫米波波束功率合成技术和毫米波成像，使成像分辨率达到毫米量级。
在毫米波介质材料复介电常数测量方面，采用准光开放腔测量技术，研制了高温复介电常数测试系统，最高测试温度达到1200℃，已正式交付工业部门使用，在支持新装备的研究工作中发挥了重要作用，正在开展温度达到1500℃以上的介质材料复介电常数的测量研究工作。
在毫米波卫星通信地球站射频设备方面，先后完成了集成化卫星通信地球站L波段上/下变频器、Ku波段收发信机以及国内第一个Ka波段地球站射频收发信机，为毫米波卫星通信系统试验做出了重要贡献。在国防科工局的资助下，完成了各型号正样机设计定型，自2012年开始进入批量生产，并正式列装，在国防通信中发挥重要作用。
在太赫兹倍频和混频接收技术领域，采用太赫兹线性非线性协同仿真设计平台对国产首例太赫兹肖特基变容器件进行完整的物理建模、电路仿真优化及最终测试，验证了该型器件具有良好的变容特性，倍频电路输出功率指标优越，表明国产肖特基器件制备和器件电路设计逼近国际一流水平。参与了欧盟L-1级空间探测项目Jupiter Icy Moon Explorer（JUICE）中亚毫米波探测器研制任务，于2012年及2014年完成了0.6 THz、1.2 THz两套本振链路电路设计及实现，其中0.6 THz探测器灵敏度为目前全球最好指标。
在毫米波模块与应用系统领域，解决了一系列毫米波模块与组件的电路设计、工艺实现、系统集成及精确测量等关键技术，研制成功了Ka、V、E、W、D波段超宽带滤波器等无源元件，W、D、Y波段宽带谐波混频器与宽带无源倍频器、W波段超宽带功率合成放大器以及宽带下变频器等一系列高性能功能模块，相关技术指标达到国际水平；解决了多个型号工程中射频子系统的总体技术方案、核心部件研制、电磁兼容性设计等综合技术问题，研制成功了毫米波多通道接收组件、微波TR基本模块、毫米波专用变频器设备、W波段FMCW成像雷达射频系统、94GHz脉冲多普勒测云雷达射频前端、W波段六通道集成一体化辐射计、阵列式主动成像THz收发前端、车载毫米波雷达系统射频前端等多种微波毫米波雷达探测与成像系统中的射频前端子系统，已直接应用于国防重大型号工程和多项重点型号工程。
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发表于 2024-5-26 10:24:41