龍?zhí)毂?，江炳?3，張俊濤，熊 漢,2*

（1. 重慶大學(xué) 微電子與通信工程學(xué)院，重慶 400044； 2. 東南大學(xué) 毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 211189；3. 中南民族大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，武漢 430074）

0 引言

無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展為人們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也使環(huán)境空間中的電磁波增多，導(dǎo)致電磁輻射污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻；與此同時(shí)，隨著無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、小功率可穿戴設(shè)備等微電子系統(tǒng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的電池供電方式面臨電池壽命有限、更換成本高昂，廢電池易對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染等問(wèn)題。因此通過(guò)吸收周圍空間的電磁能量給微電子系統(tǒng)供電逐漸成為研究熱點(diǎn)。此外，電磁能量吸收與轉(zhuǎn)換的研究在航天航空等特殊行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用前景，例如：隨著雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，隱形戰(zhàn)機(jī)為了提高隱身效果，需要將探測(cè)雷達(dá)發(fā)出的電磁波盡可能完全吸收，以減小電磁波反射，這就要求涂覆在戰(zhàn)機(jī)表面的吸波材料吸收效率足夠高、吸收頻帶足夠?qū)挕?/p>

傳統(tǒng)電磁能量收集裝置存在吸收效率不高、極化敏感等問(wèn)題，應(yīng)用受限，故需發(fā)展新型材料電磁能量收集技術(shù)。電磁超材料是具有亞波長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)的人工合成復(fù)合材料，其電磁參量（介電常數(shù)和磁導(dǎo)率）幾乎不取決于材料本身的特性，而取決于諧振基本單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、幾何尺寸、周期排列方式與基底材料性質(zhì)，故可控性強(qiáng)，便于設(shè)計(jì)制造。此外，電磁超材料還具有一些反常的電磁特性（如負(fù)折射率[1-2]、對(duì)特定頻率電磁波可近乎完全吸收[3-4]、負(fù)介電常數(shù)[5]、逆切倫科夫輻射[6]等）。利用電磁超材料對(duì)電磁波的完美吸收特性來(lái)收集電磁能量成為空間電磁能量收集新的研究方向。自Landy 等[7]首次提出電磁超材料吸波器（PMA）以來(lái)，有關(guān)科研人員從電磁超材料吸波器的高吸收率、多頻段、寬頻帶、寬入射角和極化不敏感等方面開(kāi)展了諸多研究工作，設(shè)計(jì)制造了一些各具特點(diǎn)的吸波器。目前，電磁超材料吸波器在醫(yī)學(xué)、生物、軍事等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

本文將梳理已有研究的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，概述電磁超材料的電磁能量吸收與轉(zhuǎn)換這2 個(gè)主要研究方向的現(xiàn)狀，并討論電磁能量收集有待研究的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)。

1 電磁能量吸收

1.1 超材料吸波原理

超材料吸波的原理是：通過(guò)對(duì)吸收電磁波的微結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)入射電磁波與結(jié)構(gòu)單元的同步強(qiáng)諧振，使其達(dá)到理想的阻抗匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射電磁波的理想吸收。典型的電磁超材料吸波體是由金屬開(kāi)口諧振環(huán)、介質(zhì)層、金屬底板組成的“三明治”結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)圖1[7]、圖2[8]）。其中：電磁諧振層通過(guò)與電磁波匹配，在特定頻率產(chǎn)生諧振，諧振方式以諧振環(huán)的電諧振和相鄰諧振單元間的磁諧振為主[9]；介質(zhì)層將電磁諧振層與金屬底板隔離開(kāi)，可以通過(guò)改變電場(chǎng)相位在底層形成反向電流[10]；金屬底板大多采用高導(dǎo)電率金屬材料，用來(lái)阻止電磁波透射，提高吸波效率。

圖 1 Landy 等設(shè)計(jì)的三層式超材料吸波結(jié)構(gòu)單元Fig. 1 Unit cell of three-layer metamaterial absorber designed by Landy, et al

圖 2 Shen 等設(shè)計(jì)的超材料吸波結(jié)構(gòu)Fig. 2 Unit cell of metamaterial absorber designed by Shen,et al

傳統(tǒng)吸波結(jié)構(gòu)的厚度為波長(zhǎng)的1/4，使得反射波與入射波相位相差180°，剛好相互抵消，從而達(dá)到吸收入射電磁波的作用。而超材料吸波器可以突破1/4 波長(zhǎng)的限制，使吸波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)厚度大大減小。同時(shí)，為提高電磁超材料的吸波效果和實(shí)用性，拓寬其高吸收電磁波的頻率范圍，研究者又設(shè)計(jì)了多頻段、寬頻帶、可調(diào)諧等不同類型的超材料吸波器。下文將分別介紹它們的實(shí)現(xiàn)方法、結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)。

1.2 多頻段超材料吸波器

多頻段超材料吸波的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)將不同大小、不同諧振頻率的諧振單元組合到一起，利用耦合疊加效應(yīng)產(chǎn)生多頻段吸收的效果。Park 等[11]將不同的圓形諧振單元按不同的方式排列，獲得了多頻點(diǎn)吸波的效果。杜怡然等[12]用大開(kāi)口諧振環(huán)嵌套小開(kāi)口諧振環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)了雙頻段吸波，在5.34 和7.75 GHz 頻率處吸收率分別達(dá)到73.8%和94.3%。Zhong 等[13]通過(guò)將4 個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)圍繞底板幾何中心旋轉(zhuǎn)排列，制成三頻段超材料吸波器，在1.75、3.8、5.4 GHz 處達(dá)到吸收峰值，且該吸波結(jié)構(gòu)對(duì)極化方向和入射角度不敏感。Ghaderi 等[14]在一塊矩形諧振器上通過(guò)打孔并填入有耗介質(zhì)層，最終實(shí)現(xiàn)了雙頻段吸收。Xie 等[15]采取同樣方式，甚至實(shí)現(xiàn)了4 個(gè)頻段的吸收。除了用不同的諧振單元組合，還可以用諧振單元和金屬線組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多頻段吸收。Shater 等[16]采用電磁超材料和微帶天線組合的形式，構(gòu)造了吸收峰值為8.4 和10.9 GHz的雙頻超材料吸波器（見(jiàn)圖3[16]）。鄧金山等[17]提出了一種由頻率選擇表面（FSS）單元、電介質(zhì)層和金屬背板組成的三頻超材料吸波體，其中的FSS 單元是由方環(huán)和耶路撒冷環(huán)復(fù)合而成的電磁諧振器，在3.39、4.94 和9.91 GHz 頻率處分別實(shí)現(xiàn)98.9%、97.6%和98.4%的吸收率[17]。Gundogdu 等[18]則直接采用3 種長(zhǎng)短不一的短路金屬線實(shí)現(xiàn)了在不同頻率點(diǎn)達(dá)到吸波峰值的效果，且該結(jié)構(gòu)制造相對(duì)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)更改短路金屬線的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整諧振頻率點(diǎn)。

圖 3 Shater 等設(shè)計(jì)的雙頻帶超材料吸波器諧振結(jié)構(gòu)單元Fig. 3 Unit cell of double-band metamaterial absorber designed by Shater, et al

多頻段超材料吸波器與單頻吸波器相比，一定程度上拓寬了吸收頻率的范圍，提高了吸收效率。但隨著組合諧振單元數(shù)量的增加，其材料厚度會(huì)增大，制作成本也會(huì)增高，并且不能適應(yīng)頻率成分復(fù)雜的電磁波吸收。

1.3 寬頻帶超材料吸波器

為了在多頻段超材料吸波器基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高吸收效率，寬頻帶超材料吸波器應(yīng)運(yùn)而生，主要有多層堆疊結(jié)構(gòu)、多單元結(jié)構(gòu)和加載集總元件等3 種類型。

通過(guò)優(yōu)化諧振單元，將多個(gè)諧振頻率相接近的諧振結(jié)構(gòu)縱向堆疊，整合為一個(gè)基本諧振單元，即可在整體上產(chǎn)生寬頻吸收的效果。Ding 等[19]所設(shè)計(jì)的多層結(jié)構(gòu)堆疊超材料吸波體（見(jiàn)圖4[19]）的基本單元諧振結(jié)構(gòu)類似金字塔型，在不同水平面上具有不同的電磁參數(shù)和諧振頻率，且這些諧振頻率間隔較小，因此整合后整體表現(xiàn)為寬頻吸波特性。仿真計(jì)算得到該結(jié)構(gòu)在8～14 GHz 頻帶的吸收率達(dá)到80%以上。

圖 4 Ding 等設(shè)計(jì)的超材料吸波體及其基本諧振單元剖面圖Fig. 4 Stereo image of metamaterial absorberand unit cell of resonator designed by Ding, et al

多層堆疊結(jié)構(gòu)會(huì)使吸波器的總體厚度增加，而多單元結(jié)構(gòu)可根據(jù)不同吸收峰疊加原理在不增加總體厚度的情況下拓寬吸收頻帶。Karaaslan等[20]將2 組4 個(gè)形狀相似、大小不同的圓形開(kāi)口諧振環(huán)交替排列（見(jiàn)圖5[20]），組合成一個(gè)較大的諧振基本單元。該結(jié)構(gòu)在3.3～5.86 GHz 頻帶內(nèi)吸收率可達(dá)80%；吸收率達(dá)到90%及以上的頻帶寬度為1.77 GHz。郝宏剛等[21]設(shè)計(jì)了一種由圓形開(kāi)口環(huán)和方形開(kāi)口環(huán)組成的頂層金屬結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖6[21]）。該結(jié)構(gòu)在10.65～22.39 GHz 頻帶的吸收率大于90%。但是，多單元結(jié)構(gòu)吸波器的平面尺寸增大，且單元高度不對(duì)稱，易存在極化敏感問(wèn)題。

圖 5 Karaaslan 等設(shè)計(jì)的組合諧振基本單元Fig. 5 The combined unit cell of resonator designed by Karaaslan, et al

圖 6 郝宏剛等設(shè)計(jì)的超材料吸波結(jié)構(gòu)單元Fig. 6 Unit cell of metamaterial absorber designed by Hao, et al

根據(jù)等效媒質(zhì)理論，在計(jì)算出超材料吸波結(jié)構(gòu)的等效阻抗后，添加合適的表面電阻即可使超材料在一定的頻率范圍內(nèi)與自由空間形成阻抗匹配，從而達(dá)到在較寬的頻率范圍內(nèi)高效吸波的目的，且吸收的部分電磁波能量還可以在集總電阻上以焦耳熱的形式消耗，進(jìn)一步提高吸波效率。Chen 等[22]在X 形超材料結(jié)構(gòu)的4 個(gè)接觸點(diǎn)處加入電阻，實(shí)現(xiàn)了5～13 GHz 頻帶的電磁波高吸收效果。此外，組合運(yùn)用不同的諧振環(huán)和添加集總電阻方法，也可以達(dá)到拓寬吸波頻譜、提高吸收效率的目的。Gu 等[23]設(shè)計(jì)的超材料單元由電耦合LC 諧振環(huán)和開(kāi)口諧振環(huán)（ELC-SRR 結(jié)構(gòu)）構(gòu)成，并加入電阻、電容等集總參數(shù)元件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，其在2.4 GHz 頻率點(diǎn)的吸收率高達(dá)99.9%，在峰值附近吸收率達(dá)50%以上的帶寬達(dá)700 MHz。Yoo 等[24]將具有特定等效阻抗的超表面與電阻電容層相堆疊，組成特殊的六邊形結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖7[24]），經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其在垂直入射下、7.2～12.5 GHz 頻率范圍內(nèi)的吸收率高達(dá)90%。Karaaslan 等[20]使用不同大小的諧振環(huán)堆疊，并在每個(gè)諧振環(huán)開(kāi)口處加入1 個(gè)250 Ω 的電阻形成吸波結(jié)構(gòu)；經(jīng)仿真計(jì)算，其吸波頻帶寬度和吸收效率均明顯提高。

圖 7 Yoo 等設(shè)計(jì)的超材料吸波單元及頂層電阻電容層實(shí)物圖Fig. 7 Unit cell of the metamaterial absorber,andthe RC layer designed by Yoo, et al

通過(guò)組合不同的諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成的吸波器設(shè)計(jì)靈活，可以根據(jù)需要的頻帶組合不同的諧振結(jié)構(gòu)，但是其吸收頻帶往往比較窄，在實(shí)際應(yīng)用中有一定局限性。通過(guò)添加集總參數(shù)元件的方法可以顯著拓寬吸收頻帶，但是吸波器的厚度會(huì)增大，生成制作難度更大。

除上述3 種超材料吸波器實(shí)現(xiàn)方法，還可以利用高阻表面實(shí)現(xiàn)寬頻帶吸收。Costa 等[25-26]提出在泡沫表面上設(shè)計(jì)高阻表面來(lái)吸收電磁波，利用細(xì)環(huán)形高阻表面和金屬頻選結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)低插損情況下在10～20 GHz 頻帶內(nèi)吸收率達(dá)到90%以上。但該研究?jī)H停留在理論仿真分析階段，Cheng 等[27]在此基礎(chǔ)上改進(jìn)表面圖形，并制造出實(shí)物，驗(yàn)證了其可行性。

1.4 可調(diào)諧超材料吸波器

在特定環(huán)境下，自由空間中的電磁能量頻譜分布可能不固定且變化范圍廣泛，單純的寬頻帶吸波器無(wú)法適應(yīng)這種變化，因此可調(diào)諧超材料吸波器成為另一研究熱點(diǎn)?？烧{(diào)諧超材料吸波器的設(shè)計(jì)方法主要有：調(diào)節(jié)超材料吸波器的幾何結(jié)構(gòu)；或利用諧振環(huán)或基板的非線性效應(yīng)改變超材料的電磁特性。

可通過(guò)多種方法改變超材料吸波器的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸收調(diào)節(jié)。Wang 等[28]設(shè)計(jì)了一種方形超材料吸波結(jié)構(gòu)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)增大方形超材料吸波結(jié)構(gòu)的邊長(zhǎng)時(shí)，吸收峰值電磁波的波長(zhǎng)也隨之增大。Unal 等[29]驗(yàn)證了當(dāng)改變介質(zhì)層厚度時(shí)電磁波吸收峰會(huì)產(chǎn)生一定偏移。Wang 等[30]設(shè)計(jì)了一種含可移動(dòng)部件的吸波器，當(dāng)其頂層的方形金屬片位于底層基板幾何中心正上方時(shí)，吸收峰在2.11 THz處；當(dāng)金屬片沿電場(chǎng)方向水平移動(dòng)16 μm 時(shí)，吸收峰移至2.59 THz 處。

利用諧振環(huán)或基板的非線性效應(yīng)可以改變超材料的電磁特性，而電磁超材料的諧振頻率會(huì)隨超材料電磁特性的變化而改變，因此可通過(guò)人為可控的外加激勵(lì)（如偏置電壓、溫度等）對(duì)超材料的電磁特性產(chǎn)生影響，從而實(shí)現(xiàn)其吸收頻率調(diào)節(jié)。外加激勵(lì)中，偏置電壓往往被應(yīng)用于含有可變電路元器件、液晶材料和石墨烯材料的超材料吸波器；溫度調(diào)頻則適用于含有二氧化釩（VO2）的超材料吸波器。Velez 等[31]在介質(zhì)層中加入可變二極管和可變電容（見(jiàn)圖8[31]），通過(guò)改變偏置電壓實(shí)現(xiàn)了約0.5 GHz 的頻率偏移。Deng 等[32]設(shè)計(jì)了一種包含液晶材料的吸波結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖9[32]），通過(guò)在該結(jié)構(gòu)的頂層金屬圖案層和底層金屬之間施加不同的偏置電壓來(lái)影響液晶材料的磁導(dǎo)率，進(jìn)而調(diào)節(jié)諧振頻率，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，其吸收峰可從110.9 GHz 處調(diào)節(jié)到103.8 GHz 處。Huang 等[33]設(shè)計(jì)了一種含有石墨烯的吸波器，當(dāng)偏置電壓從0 V 增加至30.7 V時(shí)，石墨烯薄片的化學(xué)勢(shì)由0 eV 提升到0.4 eV，同時(shí) 吸 收 峰 頻 率 從13.5 GHz 提 高 至19.0 GHz。Wen 等[34]通過(guò)在傳統(tǒng)的超材料諧振結(jié)構(gòu)中加入VO2薄片，實(shí)現(xiàn)利用溫度對(duì)超材料電磁特性的影響來(lái)改變諧振頻率。

圖 8 Velez 等設(shè)計(jì)的調(diào)諧超材料吸波器結(jié)構(gòu)Fig. 8 The tunable metamaterial absorber designed by Velez,et al

圖 9 Deng 等設(shè)計(jì)的可調(diào)超材料吸波結(jié)構(gòu)原理Fig. 9 Schematic diagram of the LC-based metamaterial absorber designed by Deng, et al

在上述2 類調(diào)諧方法中：調(diào)節(jié)幾何結(jié)構(gòu)的方法制作難度低，但是可調(diào)頻帶范圍較窄，在實(shí)際環(huán)境中調(diào)頻不方便、難度大；利用非線性效應(yīng)的方法，調(diào)頻范圍較廣且能夠根據(jù)外界環(huán)境的變化主動(dòng)改變諧振頻率，在自適應(yīng)可調(diào)超材料吸波方面有重要的意義，但如何提高調(diào)諧精確度是一項(xiàng)有待研究的課題。

2 電磁能量轉(zhuǎn)換

電磁能量收集的目的是吸收自由空間的電磁能量，并將吸收的電磁能量部分轉(zhuǎn)化為供微電子系統(tǒng)使用的電能。在第1 章“電磁能量吸收”中提及的超材料吸波器大都將吸收的電磁能量以介質(zhì)損耗或表面電阻上的焦耳熱的形式消散，而電能整流處理的功能是將由電磁超材料吸收電磁波產(chǎn)生的交流電高效率地轉(zhuǎn)化為可供負(fù)載使用的直流電。由于電磁超材料吸波器吸收的電磁波功率、頻率不盡相同，故產(chǎn)生的交流電幅度、頻率等也有較大差異，這給電能整流處理增加了難度，同時(shí)為了使吸收的電能盡可能無(wú)損耗地從電磁超材料吸波層傳送到電能整流處理層，還應(yīng)當(dāng)使這兩層滿足阻抗匹配的條件。

Hawkes 等[35]在開(kāi)口諧振環(huán)中嵌入Greinacher整流電路來(lái)整流吸波器中的感應(yīng)電流，采用肖特基二極管構(gòu)成電壓倍頻器進(jìn)行升壓，提供給電阻性負(fù)載；通過(guò)對(duì)5×1 陣列超材料吸波器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得最大轉(zhuǎn)換效率為36.8%，在阻性負(fù)載上得到了7.3 V的直流電壓。Duan 等[36]則將重點(diǎn)放在通過(guò)調(diào)節(jié)微帶傳輸線的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整流電路與超材料吸波層之間的阻抗匹配（見(jiàn)圖10[36]），在2.45 GHz和4.9 GHz 處滿足共軛匹配的條件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，在輸入功率密度為5 mW/cm2、頻率為2.45 GHz 的電磁波垂直入射的情況下，6×6 單元超材料吸波結(jié)構(gòu)的電能收集效率可達(dá)66.9%。El Badawe 等[37]以每4 個(gè)超表面結(jié)構(gòu)單元為1 組設(shè)計(jì)整流網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖11[37]），延長(zhǎng)二極管導(dǎo)通時(shí)間以提高整流效率。此外，可用高靈敏度的CMOS 管整流電路代替簡(jiǎn)單的RC 整流電路來(lái)綜合提高轉(zhuǎn)換效率[38-39]。

圖 11 El Badawe 等設(shè)計(jì)的整流網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)Fig. 11 The layout of the rectifier network designed by El Badawe, et al

電磁能量在傳輸過(guò)程中不斷損耗，自由空間中待收集的電磁波功率通常不高，因此提高吸波器的電磁能量收集靈敏度對(duì)于提升轉(zhuǎn)換效率和增強(qiáng)實(shí)用性至關(guān)重要。陳田等[40]設(shè)計(jì)的匹配升壓網(wǎng)絡(luò)可提高系統(tǒng)的靈敏度，在同時(shí)進(jìn)行四晶體管單元CMOS 電路改進(jìn)后其能量收集整流器接收靈敏度為-30 dBm，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在915 MHz 電磁波作用下，可得到2.1 V 直流電，整流電路的轉(zhuǎn)換效率為44%。于坤[41]提出一種利用Bi2Te3熱電材料將電磁能量轉(zhuǎn)換為熱能再轉(zhuǎn)換為電能的方案，雖然其轉(zhuǎn)換效率不太理想，但是可避免在復(fù)雜電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的苛刻條件，也不失為一個(gè)頗具價(jià)值的研究方向。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文將電磁超材料吸波器按其工作頻帶和是否可調(diào)劃分為多頻段、寬頻帶和可調(diào)諧3 個(gè)類別，并綜述超材料吸波器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，歸納它們的吸波原理、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法、應(yīng)用范圍以及優(yōu)缺點(diǎn)。目前，將電磁能量轉(zhuǎn)換為直流電的主流思路是由微帶線和高靈敏度二極管或CMOS 管組成的整流電路將電磁感應(yīng)電流整流升壓為可供負(fù)載利用的直流電；一種新思路是將吸收的電磁能量轉(zhuǎn)換為熱能再轉(zhuǎn)換為電能，其能量損耗相對(duì)較高，但無(wú)須實(shí)現(xiàn)嚴(yán)苛的阻抗匹配。

電磁超材料具有特殊的物理性質(zhì)，打破了常規(guī)整流天線的諸多限制，且制備技術(shù)成熟，給自由空間的電磁能量收集帶來(lái)全新的發(fā)展。但目前大多數(shù)的超材料電磁能量收集與利用尚處于試驗(yàn)階段。對(duì)于未來(lái)研究，作者提出以下兩大發(fā)展方向：

1）實(shí)現(xiàn)超材料吸波結(jié)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)諧?，F(xiàn)今大多可調(diào)諧超材料吸波結(jié)構(gòu)的調(diào)諧方式須人為完成，比如改變介質(zhì)板厚度，移動(dòng)非固定部件，改變偏置電壓等，調(diào)諧代價(jià)高昂。如果超材料吸波結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)外界電磁波頻率的改變進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，必將極大提高電磁能量收集的效率。

2）發(fā)展多功能型超材料結(jié)構(gòu)。自由空間中不僅有電磁能量，還有聲波能量和熱能，而且目前對(duì)后者的收集研究已比較深入[42-43]。倘若能夠在電磁超材料結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新改造，使其能夠兼顧吸收周圍空間中的聲波能量和熱能，那么其應(yīng)用會(huì)更加廣泛，實(shí)用性也會(huì)更強(qiáng)。

總之，要將電磁超材料的研究成果投入到大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用，使自由空間電磁能量收集產(chǎn)生更多且更經(jīng)濟(jì)的工程效用，還需要在相關(guān)領(lǐng)域做綜合多種學(xué)科的深度探索和實(shí)踐。