為充分發揮開放型、平臺型學術組織的作用，為了增強各專委會之間的相互交流與合作，進一步促進學術交流，由四川省電子學會主辦，電磁脈衝與雷電防護技術專業委員會承辦的電子版《電磁脈衝與雷電防護》論文選編將陸續推出，以供大家學習參考。同時歡迎各專委會推薦好文，協辦參與。歡迎大家多提寶貴意見。
作者：
李寶毅1，2 ，趙亞娟1，2 ，王蓬1，2 ，周必成1，2 ，張澤奎1，2
( 1．中國電子科技集團公司第三十三研究所; 2．電磁防護材料及技術山西省重點實驗室)
摘要:
電磁防護超材料以人工微結構為基礎，實現了對介電常數和磁導率的自由設計，可突破傳統電磁防護材料在信息裝備一體化發展過程中遭遇的各種物理極限，在隱身材料、微波器件、軍用天線等國防領域具有巨大的應用前景。本文闡述了電磁防護超材料的原理和特點，總結了其在軍事領域的重大應用價值，綜述了近年來在國防領域的最新成果，分析了當前研究存在的問題和未來發展趨勢，為電磁防護超材料的進一步實際應用提供有效、可靠的理論依據及實驗基礎。
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電磁防護材料通過電、磁、光、熱等物理反應來消除或減弱系統、設備、組件的複雜電磁環境效應，是構成現代化電子信息裝備的基本功能單元。隨著電子信息裝備向小型化、高集成、高效率、低功耗、低可探測性的方向進一步發展，基於鐵氧體、金屬微粉、導電聚合物的傳統電磁防護材料在質量、體積、功能複合等方面已經遭遇各種物理極限，如衍射極限、曲面構型、吸收帶寬和厚度極限等，逐漸不能適應信息系統對電磁防護材料的新需求。
作為先進電磁防護材料的重要發展方向，電磁防護超材料以人工微結構為基礎，突破了自然界物質屬性對電磁特性的局限，可對材料介電常數和磁導率進行自由設計，實現對電磁波能量、頻率、方位的靜態和動態調控，並已在隱身材料、微波器件、軍用天線等方面取得了突破性進展。如利用超材料與吸波材料複合降低傳統材料厚度並拓展帶寬，實現電磁與光學、熱學、力學的多功能複合，設計小型化、低功耗微波器件和軍用天線等。
電磁防護超材料技術的突破可能使飛機、艦艇、無線電和衛星等的電磁防護設計產生重大變革，進而影響到以上武器平臺的設計，在國防領域具有重要的應用前景。本文總結了近年來電磁防護超材料在國防領域中的先進研究成果，並對電磁防護超材料當前研究存在的問題進行了總結，展望了其發展前景，為超材料的進一步實際應用提供可靠的理論依據及實驗基礎。
1 電磁防護超材料的原理和特點
2 電磁防護超材料在國防領域中的應用
電磁防護超材料研究的重大科學價值及其在國防領域呈現出的革命性應用前景，得到了美國、歐盟、俄羅斯、日本等政府以及波音、雷神等機構的強力關注，已是國際上最熱門、最受矚目的前沿高技術之一。隨著研究的不斷深入，電磁防護超材料的作用頻段已從微波發展到太赫茲以及光波段，並在隱身材料、小型化微波器件、高效平面天線等領域不斷得到應用。總體看，目前超材料尚處於基礎研究及應用研究階段，未來最有可能在以下方向得到突破。
2. 1 設計新型隱身材料，實現輕薄化、全頻段、智能化隱身
電磁防護超材料實現隱身的另一種途徑是構建隱身鬥篷，使入射的電磁波或聲波繞過被隱藏的物體，實現真正意義上的隱身
2. 2 與傳統電磁防護材料複合，突破材料在厚度、體積、頻段等方面的極限
基於傳統電磁防護材料的限制和電磁防護超材料的特點，將兩種材料的優勢結合有望發展出新型寬頻高性能電磁防護材料。
2. 3 實現電磁防護與電、熱、力等功能的複合，滿足裝備在複雜電磁和嚴苛使用環境下的多功能需求
2. 4 構建新型天線和天線罩，解決現有信息裝備存在的效能不高、復用性差、可重構性差等缺點超材料在天線與天線罩領域的應用是近年來的研究熱點之一，具體體現在超材料結構天線本身設計以及對天線波束的再設計。
3 電磁防護超材料研究存在的問題
電磁防護超材料在國防領域具有廣闊的應用前景，但目前並未實現大規模工程應用，尚有許多技術難點有待解決，需要在以下方面進行深入研究。
3. 1 進一步認識電磁防護超材料的電磁調控理論及其作用機制
3. 2 強化電磁防護超材料的性能，克服其在帶寬等方面的不足
3. 3 加強電磁防護超材料與工程應用領域的結合
3. 4 發展電磁防護超材料低成本、短流程、跨尺度製造技術
4 展望
目前，電磁防護超材料的基礎理論研究向多學科高度交叉融合方向發展，實驗研究向寬頻帶、低損耗、高頻 ( 太赫茲、紅外和可見光 ) 和低頻( MHz) 、各向同性、功能集成等方向發展。未來電磁防護超材料技術將向更寬頻譜、數位化、智能化等方向發展，發展趨勢主要有:
( 1) 電磁防護超材料模型庫。以材料資料庫系統為基礎，以數位化模擬技術為工具，通過材料的微結構單元組成預測材料的性能，並將材料設計、產品設計和生產製造融為一體，加速電磁防護超材料的「發現—開發—應用」進程。
( 2) 多功能複合一體化設計。利用多尺度建模和多物理場仿真設計，將材料的光、電、熱、磁、力等功能集合於同種材料上，實現電磁防護超材料的多功能一體化和智能響應。
( 3) 全壽命周期管理。針對複雜電磁環境和極端服役環境的使用需求，電磁防護超材料在設計之初即應考慮材料微觀層次使役行為演化規律和損傷修復技術，藉助計算機輔助設計與仿真，實現材料的全壽命周期管理。
( 4) 低成本製造技術。製造成本是限制電磁防護超材料大量使用的重要原因，利用高效率高精度的自動化設備進行生產製造，大力發展 3D 列印等新興精密製造技術，提高電磁防護超材料穩定性、可靠性。
全文刊登在
《電子元件與材料》2019年第 5 期
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原標題：《技術專欄 | 電磁防護超材料在國防領域中的應用與前景展望(摘錄)》