6G信息超材料技术白皮书

超材料(Metamaterial)于 1968 年被提出,并在近 20 年间受到广泛 关注。

超材料(Metamaterial)于 1968 年被提出,并在近 20 年间受到广泛 关注。其英文单词中的前缀 meta 是超越、超过的意思,表示超材料 具备自然界材料所不具备的特性。超材料的“超”并非归因于构成材 料本身,而是因为新颖的结构赋予其超越自然材料的能力和范畴。超 材料被广泛用于光学、声学、热学、电磁学、结构力学等领域。

电磁超材料(以下简称超材料)是根据电磁功能需求而设计和加 工的,因而也被称为人工电磁媒质。超材料由按照一定规则(周期或 非周期)排列的人工微结构组成,这些微结构由介质或介质+金属等 材料构成,并具有亚波长尺寸(0.1-0.5 波长)。 

起初,超材料的设计遵循等效媒质理念,最早提出的左手材料具 备负折射率、负多普勒等特性,可用于雷达隐身等场景,在电磁学和 材料学的发展过程中具有重要意义。然而,等效媒质超材料属于三维 结构,厚度大且不易加工,在工程应用中有很大的局限性。随后,超 材料的概念被增广和扩充,其他人工结构也被纳入超材料的范畴。特 别地,超表面(Metasurface)是由亚波长平面单元组成的二维结构,与 早期的等效媒质超材料相比具有低剖面、低成本、易加工的优点,因 而在电磁领域吸引了大量关注并得到广泛应用。传统的电磁带隙结构 ( Electromagnetic Band Gap,EBG ) 、 频 率 选 择 表 面 ( Frequency Selective Surface, FSS)以及人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)等也属于广义的超表面范畴。

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