5G网络中的天线应用将在激光雷达（LiDAR）等传感应用之前主导超材料新兴市场。市场咨询公司Lux Research的分析师表示，基于超材料结构的先进组件商业市场目前还几乎没有形成，但这种状况将在未来十年内发生改变。Lux Research市场分析师Anthony Vicari及其同事完成了“超材料市场分析及预测”，据悉，5G无线网络需求将在未来五年左右推动超材料市场的快速增长，之后随着自动驾驶技术的成熟，应用基础将逐步扩大，在此过程中，超材料传感器件预计将找到多个利基应用。

“超材料能够实现传统设计无法匹敌的电磁和声学性能，现在，该技术终于发展到可以制造且更具实用性，”Vicari称，他预测到2030年超材料市场规模将达到107亿美元。

    超材料技术不断突破  

据麦姆斯咨询介绍，继伦敦帝国理工学院John Pendry及其同事的开创性研究之后，近二十年来，超材料器件通常都具有微小而精确重复的金属-聚合物复合材料结构，这种设计使其声学和电磁特性与体材料相比具有显著差异。

这些特性可以增强实现外来吸收、“超透镜”、负折射率和电磁遮掩效应，不过将这些效应从微波和无线电频谱扩展到可见光波段仍是一项重大挑战。

为了操纵光波和声波，超材料特征图案往往需要比被操纵的波长小一个数量级，不过，凭借先进的光刻和材料处理技术，这些图案化逐渐变得更容易且经济。

该领域的前沿团队之一是Federico Capasso教授领导的哈佛大学研究小组，该小组开发了一种极薄的平面透镜，基于超表面展现了超凡的聚焦能力。

基于超材料的平面透镜

不久前，该小组在《科学（Science）》杂志上又发表了一篇论文，报道了其基于超表面光栅的超紧凑、高性能偏振成像相机取得了“突破性”进展。

    5G的推出至关重要  

Lux Research分析师Vicari预测，超材料的性能优势将在通信天线、雷达以及激光雷达等传感器中证明其独特价值。

Vicari表示：“随着5G网络基础设施和设备的推出，以及紧随其后的互联和自动驾驶汽车增长，超材料的突破性进展恰逢其时，预计将在这些新兴市场实现快速增长。”

Lux Research在报告中强调，近年，超材料领域的初创公司发展迅速，Capasso集团的Metalenz公司便是其中的姣姣者之一。此外，报告还指出，随着未来几年涉及天线设计的核心专利的相继到期，该市场将更加活跃。

“届时，我们预计超材料开发公司的数量将迅速增加。如同2005年——2008年期间3D打印早期专利到期后的产业爆发。”Lux Research报告称。

Lux Research报告预计，5G网络基础设施的推出，将为超材料天线应用新兴市场提供早期动力，推动该领域市场规模到2023年迅速突破40亿美元。

然后，随着5G的推动趋于平稳，Lux Research预测超材料器件将逐步在雷达和激光雷达领域找到应用。随着雷达和激光雷达在自动驾驶应用中越来越重要，超材料将有助于缩小这些传感器的尺寸和成本。

Lux Research分析师在报告摘要中表示，“超材料为器件制造商提供了重要的短期机会”，同时他们也警示称，“如果不能深刻把握超材料技术的潜在影响，该技术也可能会对器件制造商和材料供应商带来‘重大的中期风险’”。

    关键厂商兴起  

Lux Research分析师还指出，尽管真正意义上第一批商用超材料器件（也是针对无线天线）早在2009年就已问世，但直到最近它们的制造挑战，仍然意味着对于大多数应用来说它们还是过于昂贵了。

“过去几年来，随着建模仿真软件、增材制造和光刻技术的进步，设计和制造方法已经逐渐成熟，使得近期超材料在几种大规模应用中得以采用，”Lux Research分析师指出，“控制较短波长电磁辐射的光学超材料，需要通过光刻进行精细图案化，比无线电和微波超材料制造成本高得多，但相比几年前仍然便宜了很多。”

超材料市场预测

相比之下，现在可以使用标准的PCB生产技术，甚至通过3D打印来制造用于无线电和声波波长的超材料器件。

除了激光雷达传感器之外，Vicari还强调了光学超材料器件在太阳能、LED照明、激光防护以及军方使用的“隐形”技术等方面的应用。

加拿大公司Metamaterial Technologies已经开始研究激光防护应用，并与加拿大洛克希德马丁公司（Lockheed Martin Canada）和空中客车公司（Airbus）合作，为飞行员开发防护解决方案。

Lux Research在报告中还提供了该新兴领域的其它主要厂商，其中包括美国Kymeta公司（开发了平板卫星天线），以及英国TeraView公司，该公司是由日本东芝（Toshiba）投资的一家从剑桥大学独立出来的创业公司。