5G網(wǎng)絡中的天線應用將在激光雷達（LiDAR）等傳感應用之前主導超材料新興市場。

市場咨詢公司Lux Research的分析師表示，基于超材料結構的先進組件商業(yè)市場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市場分析師Anthony Vicari及其同事完成了“超材料市場分析及預測”，據(jù)悉，5G無線網(wǎng)絡需求將在未來五年左右推動超材料市場的快速增長，之后隨著自動駕駛技術的成熟，應用基礎將逐步擴大，在此過程中，超材料傳感器件預計將找到多個利基應用。

“超材料能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)設計無法匹敵的電磁和聲學性能，現(xiàn)在，該技術終于發(fā)展到可以制造且更具實用性，”Vicari稱，他預測到2030年超材料市場規(guī)模將達到107億美元。

超材料技術不斷突破

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，繼倫敦帝國理工學院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的金屬-聚合物復合材料結構，這種設計使其聲學和電磁特性與體材料相比具有顯著差異。

這些特性可以增強實現(xiàn)外來吸收、“超透鏡”、負折射率和電磁遮掩效應，不過將這些效應從微波和無線電頻譜擴展到可見光波段仍是一項重大挑戰(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小一個數(shù)量級，不過，憑借先進的光刻和材料處理技術，這些圖案化逐漸變得更容易且經(jīng)濟。

該領域的前沿團隊之一是Federico Capasso教授領導的哈佛大學研究小組，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（Science）》雜志上又發(fā)表了一篇論文，報道了其基于超表面光柵的超緊湊、高性能偏振成像相機取得了“突破性”進展。

5G的推出至關重要

Lux Research分析師Vicari預測，超材料的性能優(yōu)勢將在通信天線、雷達以及激光雷達等傳感器中證明其獨特價值。

Vicari表示：“隨著5G網(wǎng)絡基礎設施和設備的推出，以及緊隨其后的互聯(lián)和自動駕駛汽車增長，超材料的突破性進展恰逢其時，預計將在這些新興市場實現(xiàn)快速增長?！?/p>

Lux Research在報告中強調(diào)，近年，超材料領域的初創(chuàng)公司發(fā)展迅速，Capasso集團的Metalenz公司便是其中的姣姣者之一。此外，報告還指出，隨著未來幾年涉及天線設計的核心專利的相繼到期，該市場將更加活躍。

“屆時，我們預計超材料開發(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報告稱。

Lux Research報告預計，5G網(wǎng)絡基礎設施的推出，將為超材料天線應用新興市場提供早期動力，推動該領域市場規(guī)模到2023年迅速突破40億美元。

然后，隨著5G的推動趨于平穩(wěn)，Lux Research預測超材料器件將逐步在雷達和激光雷達領域找到應用。隨著雷達和激光雷達在自動駕駛應用中越來越重要，超材料將有助于縮小這些傳感器的尺寸和成本。

Lux Research分析師在報告摘要中表示，“超材料為器件制造商提供了重要的短期機會”，同時他們也警示稱，“如果不能深刻把握超材料技術的潛在影響，該技術也可能會對器件制造商和材料供應商帶來‘重大的中期風險’”。

關鍵廠商興起

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)，仍然意味著對于大多數(shù)應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的進步，設計和制造方法已經(jīng)逐漸成熟，使得近期超材料在幾種大規(guī)模應用中得以采用，”Lux Research分析師指出，“控制較短波長電磁輻射的光學超材料，需要通過光刻進行精細圖案化，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?！?/p>

超材料市場預測

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

除了激光雷達傳感器之外，Vicari還強調(diào)了光學超材料器件在太陽能、LED照明、激光防護以及軍方使用的“隱形”技術等方面的應用。

加拿大公司Metamaterial Technologies已經(jīng)開始研究激光防護應用，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)防護解決方案。

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