超材料研究现状与应用探讨

目前左手材料、光子晶体和缺陷地结构等超材料已取得重要进展。左手材料可用于制造高指向性天线、反向波天线，用于聚焦微波波束，实现"完美透镜"，或用于电磁波隐身及制造各种新型微波器件。左手材料用于微带天线，可有效抑制天线边沿辐射，减少天线阵元间的干扰，抑制谐波的产生，突破传统微带天线半波长电尺寸的束缚，使小型化设计成为可能；左手材料用于天线罩，负折射率特性将使穿过其中的电磁波只能在垂直方向附近的小角度内传播，其他方向的传播将受到限制，有利于天线辐射波束的汇聚，减小天线的波瓣宽度，提高天线的方向性；左手材料还可用于移相器和滤波器的设计。光子晶体器件可人为控制光子的流动，可制造光子晶体光纤、光子晶体微带天线、光子晶体滤波器等，具有低损耗、大带宽、高增益等性能。缺陷地传输线在底层金属接地面上刻蚀一定图形，通过扰乱屏蔽电流的分布来影响表层微带线传输特性，具有高阻抗、慢波特性，能够提高天线的辐射效率和极化隔离度，降低相邻天线单元之间的耦合，实现移相器的小型化。

平面电磁波传播的示意图  （a）在正常材料中（b）在左手材料中

超常的物理特性使得超材料的应用前景十分广泛，应用范围覆盖工业、军事、生活等各个方面。特别是电磁超材料，可以用于隐身衣、电磁黑洞、慢波结构等元器件的制作，用于超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通信天线、无人机雷达、声学隐身，对未来的通信、光电子/微电子、先进制造产业以及隐身、探测、核磁、强磁场、太阳能及微波能利用等技术将产生深远的影响。

军用雷达

在雷达领域，通过将金属微结构印制在柔性基底上制备超材料薄膜，利用超材料的频率选择和负折射率特性，可以制造隐身涂层，实现射频隐身，提高雷达战场生存能力。同时，通过对线路施加不同电压可以主动控制波束，达到移相器的作用，可以根据不同环境对波束进行不同调制，提高探测距离、分辨能力，并规避周围信号干扰，提高雷达作战效能。另外，超材料还将给予雷达共形能力，实现智能蒙皮，在发挥雷达功能的前提下不改变现有装备外形特征，不影响现有装备动力学性能。

五、超材料的影响

超材料在国防中的应用

当前广泛使用的各类常规材料都是建立在天然材料所具有性质的改进和提高上的，随着材料设计和制造水平的不断提高，对天然材料的各种性质和功能的进一步发掘利用的空间已逐渐缩小，并最终趋于极限。超材料的提出将会给新材料的设计与开发带来新的机会，给雷达、通信、电子战、隐身武器等的功能性能带来新的变革。

感谢编译/述评：中国电科十四所  韩长喜