5G網(wǎng)絡(luò)中的天線應(yīng)用將在激光雷達(dá)（LiDAR）等傳感應(yīng)用之前主導(dǎo)超材料新興市場(chǎng)。

市場(chǎng)咨詢公司Lux Research的分析師表示，基于超材料結(jié)構(gòu)的先進(jìn)組件商業(yè)市場(chǎng)目前還幾乎沒有形成，但這種狀況將在未來十年內(nèi)發(fā)生改變。

Lux Research市場(chǎng)分析師Anthony Vicari及其同事完成了“超材料市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)”，據(jù)悉，5G無線網(wǎng)絡(luò)需求將在未來五年左右推動(dòng)超材料市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，之后隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的成熟，應(yīng)用基礎(chǔ)將逐步擴(kuò)大，在此過程中，超材料傳感器件預(yù)計(jì)將找到多個(gè)利基應(yīng)用。

“超材料能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無法匹敵的電磁和聲學(xué)性能，現(xiàn)在，該技術(shù)終于發(fā)展到可以制造且更具實(shí)用性，”Vicari稱，他預(yù)測(cè)到2030年超材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到107億美元。

超材料技術(shù)不斷突破

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，繼倫敦帝國(guó)理工學(xué)院John Pendry及其同事的開創(chuàng)性研究之后，近二十年來，超材料器件通常都具有微小而精確重復(fù)的金屬-聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)使其聲學(xué)和電磁特性與體材料相比具有顯著差異。

這些特性可以增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)外來吸收、“超透鏡”、負(fù)折射率和電磁遮掩效應(yīng)，不過將這些效應(yīng)從微波和無線電頻譜擴(kuò)展到可見光波段仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

為了操縱光波和聲波，超材料特征圖案往往需要比被操縱的波長(zhǎng)小一個(gè)數(shù)量級(jí)，不過，憑借先進(jìn)的光刻和材料處理技術(shù)，這些圖案化逐漸變得更容易且經(jīng)濟(jì)。

該領(lǐng)域的前沿團(tuán)隊(duì)之一是Federico Capasso教授領(lǐng)導(dǎo)的哈佛大學(xué)研究小組，該小組開發(fā)了一種極薄的平面透鏡，基于超表面展現(xiàn)了超凡的聚焦能力。

基于超材料的平面透鏡

不久前，該小組在《科學(xué)（Science）》雜志上又發(fā)表了一篇論文，報(bào)道了其基于超表面光柵的超緊湊、高性能偏振成像相機(jī)取得了“突破性”進(jìn)展。

5G的推出至關(guān)重要

Lux Research分析師Vicari預(yù)測(cè)，超材料的性能優(yōu)勢(shì)將在通信天線、雷達(dá)以及激光雷達(dá)等傳感器中證明其獨(dú)特價(jià)值。

Vicari表示：“隨著5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的推出，以及緊隨其后的互聯(lián)和自動(dòng)駕駛汽車增長(zhǎng)，超材料的突破性進(jìn)展恰逢其時(shí)，預(yù)計(jì)將在這些新興市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。”

Lux Research在報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，近年，超材料領(lǐng)域的初創(chuàng)公司發(fā)展迅速，Capasso集團(tuán)的Metalenz公司便是其中的姣姣者之一。此外，報(bào)告還指出，隨著未來幾年涉及天線設(shè)計(jì)的核心專利的相繼到期，該市場(chǎng)將更加活躍。

“屆時(shí)，我們預(yù)計(jì)超材料開發(fā)公司的數(shù)量將迅速增加。如同2005年~2008年期間3D打印早期專利到期后的產(chǎn)業(yè)爆發(fā)。”Lux Research報(bào)告稱。

Lux Research報(bào)告預(yù)計(jì)，5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的推出，將為超材料天線應(yīng)用新興市場(chǎng)提供早期動(dòng)力，推動(dòng)該領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模到2023年迅速突破40億美元。

然后，隨著5G的推動(dòng)趨于平穩(wěn)，Lux Research預(yù)測(cè)超材料器件將逐步在雷達(dá)和激光雷達(dá)領(lǐng)域找到應(yīng)用。隨著雷達(dá)和激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛應(yīng)用中越來越重要，超材料將有助于縮小這些傳感器的尺寸和成本。

Lux Research分析師在報(bào)告摘要中表示，“超材料為器件制造商提供了重要的短期機(jī)會(huì)”，同時(shí)他們也警示稱，“如果不能深刻把握超材料技術(shù)的潛在影響，該技術(shù)也可能會(huì)對(duì)器件制造商和材料供應(yīng)商帶來‘重大的中期風(fēng)險(xiǎn)’”。

關(guān)鍵廠商興起

Lux Research分析師還指出，盡管真正意義上第一批商用超材料器件（也是針對(duì)無線天線）早在2009年就已問世，但直到最近它們的制造挑戰(zhàn)，仍然意味著對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說它們還是過于昂貴了。

“過去幾年來，隨著建模仿真軟件、增材制造和光刻技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)和制造方法已經(jīng)逐漸成熟，使得近期超材料在幾種大規(guī)模應(yīng)用中得以采用，”Lux Research分析師指出，“控制較短波長(zhǎng)電磁輻射的光學(xué)超材料，需要通過光刻進(jìn)行精細(xì)圖案化，比無線電和微波超材料制造成本高得多，但相比幾年前仍然便宜了很多。”

超材料市場(chǎng)預(yù)測(cè)

相比之下，現(xiàn)在可以使用標(biāo)準(zhǔn)的PCB生產(chǎn)技術(shù)，甚至通過3D打印來制造用于無線電和聲波波長(zhǎng)的超材料器件。

除了激光雷達(dá)傳感器之外，Vicari還強(qiáng)調(diào)了光學(xué)超材料器件在太陽能、LED照明、激光防護(hù)以及軍方使用的“隱形”技術(shù)等方面的應(yīng)用。

加拿大公司Metamaterial Technologies已經(jīng)開始研究激光防護(hù)應(yīng)用，并與加拿大洛克希德馬丁公司（Lockheed Martin Canada）和空中客車公司（Airbus）合作，為飛行員開發(fā)防護(hù)解決方案。

Lux Research在報(bào)告中還提供了該新興領(lǐng)域的其它主要廠商，其中包括美國(guó)Kymeta公司（開發(fā)了平板衛(wèi)星天線），以及英國(guó)TeraView公司，該公司是由日本東芝（Toshiba）投資的一家從劍橋大學(xué)獨(dú)立出來的創(chuàng)業(yè)公司。