无线体域网（Wireless Body Area Network, WBAN）是一套附着在人体上的小型通信网络，可以实时得检测并传输多种生物传感器感知到的人体生物特性信号，因而在医疗监测、老幼看护、健身训练、抢先救灾、以及战场保障等军民领域有着十分广阔的引用前景，近年来引起了国内外学界和工业界的广泛关注。一个典型的体域网框架如下页图例所示。人体上佩戴的传感器可以实时的感知人体及其周围环境的参数，然后将这些数据传输到服务分析基站，从而实现对于人体各项体征的检测和监控。
我们将电磁超材料的理论引入可穿戴天线设计领域，大幅度地提高可穿戴天线的性能，丰富其功能。一些初始的研究成果已经展现出这一方案的巨大潜力，获得了学界的关注。如通过引入左右手复合传输线的理论，使天线在双频使用时工作在一对对称模式上，保证了天线近场分布和远场辐射方向图的一致性；通过使用人工磁导体作为天线的反射器，使单极天线在低剖面下可以有效辐射，实现了较宽的工作带宽和极低的人体比吸收率；使用可调节的超材料单元，利用射频开关控制天线工作时的谐振模式，设计了方向性可重构纺织天线，可动态满足对于人体外、人体上不同信道传输的需求；通过设计超材料结构的色散曲线，得到工作在同一频率的不用辐射模式，实现了单辐射体的可穿戴极化/方向图分集天线。除了衣物集成的纺织天线，还研究了纽扣天线这种形态。由于纽扣可用全金属制备，因此在特定的佩戴位置可形成更为高效的辐射。利用特征模分析理论大幅扩展了小型化纽扣天线的带宽，在纽扣半径7.5mm时实现了2.4G频段788MHz的带宽，以及71%的穿戴辐射效率（IEEE TBCS 12, 1383, 2018），并实现了双频辐射、圆极化等功能。
为了应对现代医疗检测的需求，还针对胶囊胃窥镜这一特定需求，研究了可植入式的胶囊天线设计。通过类超材料结构的加载，实现了天线的小型化和与胶囊壁的集成。天线可在全空间各个方向上具有准全向辐射的特性，保证了胶囊在通过人体消化器官时，不会由于位置和方向的改变而导致通信链路的中断，大幅提升了胶囊胃窥镜无线通信的稳定性（IEEE TAP 70, 6537, 2022）。
“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。这一新颖的设计思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。超材料的设计思想昭示人们可以在不违背基本的物理学规律的前提下，人工获得与自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物质”，把功能材料的设计和开发带入一个崭新的天地。
当前，超材料已经在射频、微波、毫米波、太赫兹乃至光波段等频段都获得了极大的成果。给予其设计的一些微波器件，天线，传感器等都在功能和性能上有所突破。
[1] S. Yan*, and G.A.E. Vandenbosch, "Compact circular polarizer based on chiral twisted double split-ring resonator," Applied Physics Letters, vol. 102, no. 10, pp. 103503, Mar. 2013.
[2] S. Yan*, and G.A.E. Vandenbosch, "Chiral structure based on bilayered displaced U pair," EPL (Europhysics Letters), vol. 103, no. 1, pp. 18002, Jul. 2013.
[3] S. Yan*, and G.A.E. Vandenbosch, “An encapsulating meta-molecule: U resonator containing spiral line,” Japanese Journal of Applied Physics (JJAP), vol. 53, no. 11, pp. 110306, Oct. 2014.
我们提出了将平面波束形成网络和介质集成波导（SIW）缝隙阵列叠层设计的方法，实现了超低剖面的多波束天线。使用多个馈源照射平面龙波透镜或柱反射面，提供具有相位梯度的馈电信号，再通过垂直耦合结构将电磁波引导至上次波导缝隙阵列进行辐射。在5.8GHz处，天线整体厚度1.5mm（0.03波长）。当口面积为300mm×300mm时，增益达到23.5dB，等效口面效率为50.6%，达到已有公开发表文献的最高值。可同时形成8个波束，覆盖±50°的范围。由于该设计方法不需使用相移器，结构简单，功耗低，波束指向明确，被华为公司应用于室内环境可穿戴设备无线充电原型系统中，实现了数米距离W级的充电功率。在此基础上，还实现了双线极化、双圆极化、和差波束等多种多波束天线的设计原型。
除了在充电场景，多波束天线也适用于低成本雷达的构建。基于MEMS工艺微同轴结构，设计实现了W波段多波束雷达天线原型。整个系统只使用一套收发组件，不包含其它调幅调相器件，波束可扫描探测。系统具有结构简单，成本低，功耗低，效率高的优势。
利用介质集成波导理论，设计了一款微波谐振式微流体传感器原型。通过使用左右手复合传输线的加载方式，在保持腔体品质因数不变的情况下，减小器件尺寸63%（Sens. Actuators A 283, 313, 2018）。该腔体谐振结构工作于-1阶模式，具有与传统腔体类似的场分布特性。由于腔体的测量灵敏度一般取决于被测样品和腔体体积之比，此设计可大大减少单次检测的样品使用量。研究了先进微纳加工技术在生物检测中的应用。引入微波差分式传感结构，集成设计微流体沟道与环形谐振单元，并通过基于MEMS的紫外光刻工艺（UV-LIGA）制备了一款一体式微流体感测芯片，系统工作在20GHz，可对45pL量级的微量液体进行精确测量（IEEE Sens. Lett. 3, 4500604, 2019）。这项成果可应用于化学试剂分析、细胞识别计数、血液元素测量、细菌病毒观测等诸多生化医疗领域。
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