6G时代！“隐身”超材料将在民用市场迎来历史性机遇
近日，工信部部长表态，未来产业是抢抓新一轮科技革命和产业变革的机遇，要全面推进6G技术研发。
受该消息影响，当日6G相关概念股本川智能涨超17％，中国卫通、世嘉科技、盛路通信涨停。
6G概念作为5G的下一代通信技术，在元宇宙、数智人、人工智能加持下近来被市场重点关注。专家指出，未来 6G 业务将会形成沉浸式云 XR、全域覆盖等八大业务应用。其中，全域覆盖业务借助 6G 所构建的全球无缝覆盖的空天地一体化网络，使得地球上再无任何移动通信覆盖盲点。
目前，中国已经在5G时代抢占了先机。工信部部长金壮龙在两会首场“部长通道”上表示，我国目前已经建成全球规模最大、技术最先进的5G网络，我国在5G方面已经名列世界前列。5G移动手机用户已超过5.75亿户，今年将新建开通5G基站60万个，总数将超过290万个。
中国要想在6G时代继续保持领先势头，就必须提早布局，并在一些关键核心技术和应用场景上取得突破。
此前，为了加快推动6G应用基础研究和原创技术攻关，提升6G创新的全球化水平和国际影响力，中国移动发布了《6G信息超材料技术白皮书》，中国移动研究院首席专家袁弋非介绍了信息超材料在天线、智能反射表面、波束赋形的超表面基站以及信息直接调制超表面基站四大领域的应用，为6G通信网络提供全新的设计理念和技术手段。一方面超材料可以为6G赋能，另一方面也为超材料技术在民用市场打开了想象空间。
什么是超材料技术？
“超材料”(Metamaterial)，是21 世纪以来出现的特种复合材料或结构，通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构计，使其获得常规材料不具备的超常物理性质。超材料涉及众多学科领域，如物理、化学、光电子学、材料科学、半导体科学以及装备制造等，是全球最前沿、最具有战略性意义的研究课题。被美国《科学》杂志列入本世纪前10年的10项重要科学进展之一，同时《Materials Today》杂志也称其为材料科学50年中的10项重要突破之一。
目前，全球超材料产业化较早的应用领域主要集中在军事。军事领域的应用中，又以武器装备的隐身领域应用最引人关注，且最为成熟。从F-22到歼-20，超材料隐身技术为武器装备带来的性能提升无疑是颠覆性的，且构成了极大的战场优势。
（机翼、垂尾、进气道、雷达罩等白色部位即为隐身超材料结构）
此外，超材料除了已经应用于歼-20、F-22、F-35等常规先进战机外，未来还有望彻底颠覆飞行器的固有形态。
据国外媒体报道，美国国家航空航天局和麻省理工学院合作研究出一种可变形机翼，这种所谓的“超材料”采用轻量级的晶格框架，能够根据空气动力自动改变形状，能够让飞机飞行更加节能。
超材料的军用市场规模
自20世纪80年代以来，美国、欧盟以及日本等发达国家积极研发隐身超材料以提升作战能力，同时也带动了超材料在武器装备隐身领域中的应用产业化发展步伐以及市场规模的持续增长。
根据前瞻产业研究院测算，2017年，全球超材料在装备隐身技术中的应用规模在1.3亿美元左右。随着各国研投入加大，预计到2025年，全球超材料在装备隐身技术中的应用规模将达到11.7亿美元左右。
在全球超材料市场，欧美等发达国家已经将超材料行业作为战略性行业来对待，不断加强对超材料行业的科研支持力度。美国多家著名半导体企业共同出资设立超材料研究基金，军方更是宣称要将超材料优先用于军事设备制造。
日本政府也不断加大对超材料技术的财政支持，并将其列入隐形战斗机的核心关键技术。
欧盟和上述国家类似，也是重金支持超材料行业的发展。在各个国家的大力支持下，全球的超材料行业迎来了快速发展时期。2018年，全球超材料市场规模约为9.98亿美元，较2017年的8.38亿美元增长了19.10%。
更有相关人士指出未来几年，待民用市场被打开后，全球的超材料增长率将呈几何倍数飙升。
超材料赋能6G通信技术
6G相较于此前技术体系，最深刻的变革在于网络架构从传统的地面接入，向空天地海全方位多维度接入的转变。具有支持多种异构网络智能互联融合的能力，满足复杂多样的场景需求。
6G的推进，需要在算法、芯片、天线、终端设计等多个领域，实现关键技术的研究突破。此外，通信感知一体化特性，或将让6G基站具备非常精准的感知定位能力。”而加入超材料技术能让6G变得更为强大。
中国移动研究院首席专家袁弋非在讲解《6G信息超材料技术白皮书》中指出，通信中的“超材料”是通过表面每个单元的结构，通过改变每个单元结构当中电流的形态以及流向，使得每个单元对于入射的电磁波单独进行调向，形成波束赋型，相比普通墙面具有可编程可控的特性。
“首先，利用超材料可以做超材料的盖板，提升天线的增益，降低天线的高度。其次，超材料最大的用途之一就是可以做智能反射面，这样可以做到部署灵活低碳，扩大网络覆盖，提升小区容量以及抑制用户干扰。最后，还可以把超材料用在基站附近，用来进行波束赋型以及信号调制。”他指出。
据袁弋非介绍，从应用部署出发,超材料采用“三步走”工作模式：第一种的工作模式是静态/半静态工作模式。反射面波束固定不变/长时调整。适用场景的有，覆盖区域较小，或者完全遮挡区域，需要依靠反射面信号接入网络。它的优势是控制简单；缺点是覆盖方向固定，无法针对用户赋型。
第二种的工作模式是信道透明的动态工作模式。无需信道信息，反射面使用多个已知的波束方向调整，用户反馈波束信息，基站为反射面选择波束方向进行反射。其优势是无需小尺度信道信息，波束方向较为固定，控制指示开销小。但缺点为，多次调整波束，系统开销较大。关键技术问题：对反射面的动态控制，流程设计，反射面码本。
第三种工作模式是信道非透明的智能工作模式。基站配置反射面的相位，通过多次调整阵子相位进行信道估计，基站根据信道估计结果，配置实际传输时的反射面相位。优势主要为性能最优；缺点为信道估计复杂，系统开销大，流程复杂。其关键技术问题在于对反射面的智能动态控制，信道估计，反射板阵子相位矩阵设计。
由于超材料技术特性所决定，一旦赋能某个行业一定是颠覆性的。不过按照历史规律来看，超材料要大范围应用民用市场，首先要满足大量的产能匹配，因为民用市场不可能计划生产；其次要形成标品化，流水线作业；再有就是价格降到市场可以有大量企业能够接受的程度。
从超材料整个产业来看，目前我国只有光启技术一家企业将超材料实现了产业化，拥有全国最大的超材料智能制造中心，从研发、设计、生产、测试到交付全部能够独自完成，超材料结构件产品也已在多领域多类型的主战装备上得到了广泛应用。不过虽然目前已经实现了超材料大规模制造，但产能完全仅用于交付军工企业，一旦民用市场打开，这将对于光启技术产能提出了巨大的要求。
好在目前6G还处于规划时期，根据3GPP国际通信组织的时间表来看，3GPP将于2023年开启对于6G的研究，并将在2025年下半年开始对6G技术进行标准化（完成6G标准的时间点在2028年上半年），预计2028年下半年将会有6G设备产品面市。这也给超材料技术以及上下游企业留下了更多的成长空间。
