An ultrathin and broadband radar absorber comprising single-layer resistive frequency selective surface (FSS) is investigated in this letter. The resistive FSS layer constructed from resistive/low-conductivity treble-square loops is backed by a grounded foam material. Numerical results show that the proposed absorber can provide a 10-dB radar cross section (RCS) reduction for the conducting plate over the frequency range of 10.7-29 GHz, which is equivalent to a relative bandwidth of 92.2%. Moreover, the structure has the thickness of 2 mm (only 0.071 to 0.193 at lowest and highest frequencies, respectively). The equivalent circuit model is then used to introduce the working principles of the proposed absorber.

Toroidal electromagnetic pulses have been recently reported as nontransverse, space-time nonseparable topological excitations of free space. However, their propagation dynamics and topological configurations have not been comprehensively experimentally characterized. In addition, the existing generators were limited in optical and terahertz domains; however, the feasibility and significance of generating such pulses at microwave frequencies have been overlooked. Here, we report that microwave toroidal pulses can be launched by a transient finite-aperture broadband horn antenna emitter, as an electromagnetic counterpart of “air vortex cannon.” Applying this effective generator, we experimentally map the toroidal pulses' topological skyrmionic textures in free space and demonstrate their resilient propagation dynamics, i.e., how that, during propagation, the pulses evolve toward stronger space-time nonseparability and closer proximity to the canonical Hellwarth–Nouchi toroidal pulses. Our work offers a practical opportunity for using topologically robust toroidal pulses as information carriers in high-capacity telecom, cell phone technology, remote sensing, and global positioning, especially where microwave frequencies are predominant.

In practical applications, achieving perfect transmission of electromagnetic waves despite reflections from a complex medium segment in waveguide systems is of great significance. Using a preinstalled antireflective artificial metastructure (ARAMS) to mitigate reflections caused by the presence of a complex medium is an effective solution. The inverse design of ARAMS in waveguide systems is an optimization process. Recent applications of the topology optimization method in designing ARAMS have demonstrated attractive performances [Nature 607, 281 (2022)]. Topology optimization necessitates frequent utilization of full-wave electromagnetic simulations, while designing from scratch for different functional devices incurs exceedingly high computational costs. To address this problem, we introduce a fast inverse design method for ARAMS based on the internal multiport model (IMPM). Based on a single full-wave electromagnetic simulation dataset, IMPM abstracts the ARAMS electromagnetic field model into a microwave network, analytically establishing connections between actual excitation ports and fictitious internal ports while greatly reducing computational costs in optimization design. Furthermore, once IMPM is established, it can be reused for the rapid optimization design of various functional ARAMS devices in the same complex medium-filled waveguide environment. The cases presented in the paper validate the efficiency of this method in providing effective solutions for the perfect transmission of electromagnetic waves in waveguide systems filled with complex medium.

A millimeter wave dual-band antenna based on microstrip dual-loop antennas (MDLAs) and microstrip patch antennas (MPAs) is presented in this letter. MDLAs are linked in series by MPAs to form a tandem MDLA which can get dual-frequency operation characteristics. The MDLA is adopted to generate resonance point operating at 27 GHz, and the MPA is used to generate a resonance frequency point of 38 GHz. To improve the radiation characteristics at the two operating bands, some parasitic patches are added to the proposed antenna element. The measured results show that the proposed antenna element can achieve impedance bandwidths of 10% (25.5-28.3 GHz) and 5.9% (37.0-39.2 GHz), and peak gains of 8.2 and 9.6 dBi at low and high bands, respectively. Finally, a 2×1 antenna array based on the proposed element is designed. The measured results show that the proposed antenna array can achieve impedance bandwidths of 15.1% (25.7-29.9 GHz) and 7.4% (37.2-40 GHz), and peak gains of 13.1 and 12.3 dBi at the dual bands, respectively. The proposed millimeter wave dual-band antenna has advantages of low cost, low profile and higher realized gain. Thus, it has great potential applications in 5G millimeter wave communications.