我们每天都在与各种电磁波打交道，比如使用手机、连接Wi-Fi、观看电视等。但对于普通公众而言，“电磁波辐射”这个词可能既熟悉又陌生，很少有人真正了解它的本质。请您结合生活场景跟我们科普一下，什么是“电磁波辐射调控”？它在数字经济中又扮演着怎样的角色呢？

——电磁波辐射调控，是指通过技术手段，主动地、精确地“塑造”和“指挥”这些看不见的电磁波，使其服务于空天地海各种应用环境和场景。

电磁波就像我们身边的“空气”一样，虽然看不见摸不着，但却无处不在。电磁波的辐射调控主要通过以下四个维度来实现：

1.波束扫描

例如，在天基（卫星）与空基（飞机）通信中，低轨卫星在太空中高速飞行，地面终端或飞机必须通过快速的波束扫描，实现卫星间的无缝切换，保证持续在线。这正是“北斗”等系统实现全球覆盖的基础。

2.模式复用

例如，在地面超大规模MIMO基站中，我们利用多天线激发出不同的电磁波模式，在同一时间、同一频率资源上，同时服务数十个用户。这极大提升了城市热点区域的网络容量，是支撑5G/6G流量激增的核心技术。

3.极化旋转

极化是无线通信中精细化利用电磁波的关键。例如，在天基通信中，电磁波穿越电离层时会受到严重干扰，线极化波的指向会因此发生偏转，导致严重的信号损失。因此，必须将电磁波调控为圆极化，从而不受电离层影响，这是星地可靠通信的标准配置。

4. 频率选择

在密集频谱环境中，对电磁波的频率选择可用于构建“电磁围墙”，防止无线信号泄漏到保密区域，或隔离不同系统间的干扰，是实现频谱高效、安全共享的关键。

在数字经济向立体空间拓展的进程中，波束扫描实现跨域动态连接；模式复用提升区域用户容量；极化旋转保障复杂环境下的可靠信号传输；频率选择实现频谱空间的安全与高效利用。这四项调控技术，共同将原本自然传播、不可控的电磁波，塑造成可按需定向投送、智能空间复用、稳定可靠传输、安全有序管理的可控信息载体。它们不仅是实现空天地海一体化网络的核心使能技术，更是将数字经济活动从陆地延伸到全球每一个角落的决定性物理基础。

我们了解到，您在研究中创新提出了高色散电磁结构的多维调控技术，并成功应用于多个场景。能否请您结合某个具体应用案例，分享一下这项技术是如何工作的？它解决了哪些传统技术中的难题？

——高色散电磁结构多维调控技术通过调控天线丰富的色散特性，在极窄频率范围实现连续大角度乃至全空间波束扫描，解决了传统相控阵技术成本高、系统复杂等问题。

1.什么是色散？

色散是一个在光学及电磁波领域广泛存在的重要现象。在高中物理知识体系中，我们通过三棱镜实验对其有了初步认识：当一束白光照射到三棱镜上时，会分解呈现为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫不同颜色的波束。这一现象的本质在于，不同颜色的光对应着不同的频率，而棱镜材料对不同频率光的折射率存在差异。频率越高的光，如紫光，其折射率越大，在棱镜中的偏折程度也就越厉害；频率越低的光，如红光，折射率越小，偏折程度相对较小。

将色散的概念延伸至电磁波领域，光作为频率最高的电磁波，同样遵循色散规律。在电磁波的应用中，通过调控色散与电磁波频率、波时之间的复杂关系，并利用频率调节和空间扫描的映射关系，能够有效解决传统相控阵雷达馈电系统复杂、成本高昂的问题。实际上，电磁波的频率范围极为广泛，从极低频一直延伸至光频，其中包含了众多频率成分。在实际应用中，常用的射频、毫米波和太赫兹频率被用于射频器件设计。并且，频谱资源受到国家的严格管控，我们只能利用其中较窄的频段来满足不同通信、军用或雷达探测等需求。就如同光线中并非需要所有“颜色”一样，在电磁波应用中，我们只需选取部分合适的频率（“颜色”）即可达到预期的目标效果。

2.什么是高色散电磁结构？

高色散电磁结构是一种特殊的物理结构，其显著特征是使电磁波矢量随频率的变化极为敏感。这种独特的结构特性为电磁波的精准调控提供了重要的物理基础。

3.什么是色散调控技术？

色散调控技术是一项具有创新性的关键技术，其核心在于通过精密设计周期结构的电磁色散特性，实现对电磁波多个关键维度的联合控制。具体而言，该技术能够同时对电磁波的波束方向、电磁模式、极化分集和频率响应等参数进行精确调控，从而满足不同应用场景下对电磁波特性的多样化需求。

以我们团队开展的“基于高色散全空间扫描漏波天线”这一典型工作为例，我具体分享分享一下这项技术在实际工程中的应用：传统相控阵雷达通过独立的移相器控制每个阵元，来实现波束扫描，系统复杂且昂贵，限制了其在一些领域的大规模应用。而我们提出的方案则另辟蹊径，通过对色散电磁结构进行精细化设计，充分利用天线丰富的色散特性，在极窄的频率范围内，实现对电磁波波束的连续大角度扫描，甚至达到全空间扫描的效果。这一过程相当于将频率调谐直接映射为空间扫描，极大地简化了系统架构，提高了扫描效率。

4.高色散天线辐射调控技术在生活中有哪些应用？

直观来看，在微波探测领域，这项技术将带来显著变革。微波探测的核心是精准感知空间中物体的方位和尺寸，以往常需构建复杂系统架构来实现，而借助色散调控技术，能采用相对简化的架构达成原本复杂系统才有的电磁感知效果。例如，在当下备受关注的银发经济中，其在室内独居老人安全监测方面能发挥重要作用，比如可监测老人生命体征，或在老人睡觉出现呼吸暂停时及时报警，这些都能依托低成本的民用微波感知技术实现，尤其考虑到独居老人在洗手间、卧室等场所存在隐私顾虑，不太愿意接受传统监控方式，我们期望重点监测老人长期非正常卧床或非正常跌倒等姿态变化，通过引入人工智能算法，一旦检测到此类异常系统就能及时报警，而这一功能完全可以借助微波技术实现，因为电磁波无形无色、难以察觉，微波能在不侵犯老人隐私的前提下出色完成生命体征监测任务。

高色散天线辐射调控技术是基础电磁理论与实际工程需求深度融合的成果。它将波束扫描、模式调控、频率选择等多种功能高度凝练到精细化设计的色散结构中，以一种更为简约、高效的方式解决了传统相控阵技术存在的成本高、系统复杂等难题，为未来高速通信领域提供了极具竞争力的硬件解决方案，有望推动通信技术向更高性能、更低成本的方向发展。

我们关注到，您在柔性射频天线领域也有深入研究，发展二维材料柔性射频天线技术。请问，这种柔性天线在我们生活中会有具体应用吗？与传统的刚性天线相比，柔性天线在性能上有哪些优势？

刘院长，您在科研和管理工作中都取得了不错的成果。我们深知这背后需要付出大量的时间与精力。我们非常想请您谈谈，在面对高强度的工作任务时，您是如何巧妙地平衡工作与个人生活的呢？

——完美的平衡可能是一个理想状态，女性科研工作者更需要的是“动态的调和”。

首先是优先级的管理。当科研、管理、教学、家庭这些事项同时涌来时，需要做好“战略性取舍”和“阶段性聚焦”。比如，在申报重要项目或攻克关键技术的阶段，我会主动将生活调至简约模式，集中精力在科研的攻坚上。而当阶段性目标完成后，也会刻意留出陪伴家人的修复期。不是每件事都需要在每一天做到满分，但在一个更长的时间维度里，要让最重要的领域都得到应有的投入。

其次是“效能思维”，追求单位时间的质量。高强度工作下，能延长的工作时间是有限的，关键是提升效能。在工作上多注重团队的协作与授权。作为管理者，不能事事亲为，而是搭建平台、明确方向、激发团队中每一位老师和学生的潜力。这能让自身从琐碎事务中解脱，聚焦在真正需要决策和创造的事情上。

最后是“接纳与调整”，保持弹性心态。我们都会遇到计划被打乱、角色冲突的时刻。作为女性，可能感受到的期望和压力会更复杂一些，所以要学会不苛求自己，坦然接纳某些阶段的不完美。保持一定的弹性，允许自己根据实际情况进行调整，这反而能让我们走得更稳、更远。平衡本身不是目的，而是一种让我们能持续成长、感受幸福的手段。

随着6G等未来通信技术的发展，电磁波调控技术正站在新的起点上。您认为，电磁波调控技术未来可能与哪些新兴技术实现深度融合？对于有志于投身这一领域的青年学者，您有哪些宝贵的建议可以分享吗？

——我认为，它将与三大前沿方向深度融合，催生颠覆性的应用。

当前，我们正处在一个空前的技术融合与创新的时代。电磁波调控，作为信息传递的物理基石，其未来发展绝不会是孤立的。

第一，将与人工智能的深度闭环融合，实现从“智能调控”到“调控智能”。当前的调控很大程度上还是基于模型和预设算法。未来，AI将不再是辅助工具，而是成为调控系统的“大脑”。通过实时感知信道环境、业务需求甚至能耗状态，AI可以自主决策并生成最优的辐射模式。更深远的是，被智能调控的电磁波本身，可以构成一个覆盖物理空间的无线感知环境，为分布式AI训练、协同感知提供基础。这将是通信、感知与计算的三位一体。

第二，将与新材料、新工艺的融合，突破物理世界的传统限制。这主要包括两大方向：一是新材料与超材料的结合，它们就像给电磁波装上了智能的“方向盘”，能以低成本、低能耗的方式，主动塑造无线信息传输的通道。二是半导体与太赫兹技术的结合。随着射频电路的工作频段趋向于太赫兹，我们需要在芯片层面集成调控功能，实现超大规模、超高精度的片上波束成形系统，这将是实现未来极致通信和显微感知的关键。

第三，将与广义感知的融合，从通信走向“通信感知一体化”。未来的无线网络，每一束电磁波都同时是感知环境的探针。通过精细调控并分析电磁波的反射、散射，我们可以非接触地感知物体的形状、运动、甚至生命体征。这将与机器人、自动驾驶、数字孪生、健康监护等领域产生化学融合，把整个物理世界动态地、高精度地映射到数字空间中，为元宇宙、工业互联网等提供实时、鲜活的“感官”。

——对于有志于投身这一领域的青年学者，我建议在三个方面努力。

一要筑牢数理与工程的基石。无论技术如何演变，电磁场理论、电路与系统、信号处理这些核心基础知识永远是根基。二要培养跨学科的洞察力。不要把自己局限在传统的通信或雷达的框架内。主动去了解人工智能的本质、材料科学的进展、生物医学的需求。最重要的，是发现不同领域之间不寻常的联系。三要在开放协作中解决问题。未来的重大突破必然发生在学科的交叉地带。积极与计算机、物理、自动化甚至生物医学等领域的同行交流合作。尝试用你擅长的电磁工具，去解决其他领域令人头疼的难题。同时要关注行业痛点，让技术创新具有落地价值。最后，希望青年学者们能以电磁调控为舟，勇敢驶向充满挑战与机遇的信息蓝海。