5G正在如火如荼地铺开，各大厂商们对6G的技术预研已经进入了白热化。但6G的研发是一系列高精尖端技术的研究，不仅仅是芯片材料，衍生技术同样重要，比如十分重要的天线，而近年来兴起的超材料天线获得了广泛关注。

       超材料天线

       超材料（Metamaterial）在自然界中并不存在，一般是人工手段经过加工设计后，呈现出自然材料没有的超常物理性质的人工材料。最广为人知就是作为涂料使用时，照射到表面的光会沿着锐角折射，从而隐藏物体，呈现出在某些波段下隐身的效果。这一技术始于上世纪六七十年代，开始被大量用于隐身战斗机，即使放在如今，也仅有为数不多的几个国家所掌握，仍旧是世界上最尖端的技术之一。

       目前为止，几种研究主流的超材料包括：左手材料、复合左/右手传输线、光子晶体、隐形衣、电磁黑洞等。按介电常数和磁导率的正负关系，可分为下图所示的四个象限。其中第三象限为两者皆负的材料，在这一象限的材料拥有负的折射率，又称左手媒质。

       各类超材料象限图

       
       来源：网络公开

       由于超材料的特性，在光学成像、微波器件、雷达天线、传感器和隐身领域都有极高的应用潜力，其中的超材料天线是一种非常前沿的6G技术。

       超材料天线的本质就是用若干周期性得到亚波长尺寸的单一或复合微结构（cell）来调控传导和辐射电磁波，使得含有这类微结构的天线（阵）或单纯由这类微结构组成的天线（阵）具有独特的电磁特性。下图就是超材料天线阵。通常由多个馈电端口组成，每个馈电端口与一个激励单元相连，激励起表面波和空间波。与此同时，超材料晶胞存在于激励单元的底层和覆层，这类含有多层的“三明治”结构对表面波和空间波进行调控，从而达到希望得到的天线无源特性和辐射特性。

       超材料结构可以大大提高天线结构的性能，其中包括开口谐振环结构、周期性结构、分形结构和其他超材料结构，它们可用于设计具有具备大幅增益、更宽带宽以及独特方向图的天线。值得注意的关键是许多超材料增强型天线可以使用低成本电子电路制造技术在平面支撑材料上制造。因此，可以利用阵列天线、蜂窝天线及DAS等现代平板天线设计实现超材料天线的低成本制造。

       各类超材料象限图

       来源：网络公开

       目前对超材料天线的研发，设计上主要在于天线底板、底层介质替换、表面设计覆层、辐射单元超材料化，而从电磁波调控来看，主要在意提高天线增益、降低剖面、雷达散射截面、降低天线单元耦合等，如何结合实际需求，设计不同的超材料天线，改善电性能，利用共形设计及应用，引入重构机制成为了当下需求。超材料不仅是对于天线有广阔前景，在电磁防护领域更是大有可为。

       超材料在2003年和2006年分别因“负折射率左手材料”和“超常材料隐身斗篷”的诞生被Science杂志评为“世界十大技术突破”，经过多年的持续探索，应用领域逐渐从光学、电磁扩展到声学、力学、热学等领域，其中电磁超材料是最有望大规模应用的领域。

       以碳基超材料为代表的电磁屏蔽吸波隐身材料应用领域广阔，以涂层为代表的电磁屏蔽材料仍旧面临着许多合成制备、形貌调控、复杂环境的挑战。我们特别邀请到了来自哈尔滨工业大学的电磁材料专家——王春雨副教授、博导，针对微纳米碳及复合材料的合成技术、功能化修饰及在吸波隐身及新能源领域的应用，微纳米碳硅基复合材料的设计、制备、组织结构及性能，核壳结构的碳陶纳米复合材料的制备、性能及应用等方面为大家阐述碳基电磁屏蔽吸波隐身复合材料研究进展，以及在多种复杂环境下的应用。

       来源：半导体材料与工艺设备公众号