Kirigamista mallia langattomien antenneille

Langattoman teknologian tulevaisuus perustuu siihen, että sähkömagneettisia aaltoja lähettävistä antenneista tulee yhä monipuolisempia, kestävämpiä ja helpompia valmistaa.

Drexelin ja British Columbian yliopistojen tutkijat uskovat, että kirigami, muinainen japanilainen paperitaide monimutkaisten kolmiulotteisten kuvioiden luomiseksi, voisi tarjota mallin seuraavan sukupolven antennien valmistukseen.

Drexel-UBC -ryhmän tutkimus osoitti, kuinka kirigami voi muuttaa yhden johtavalla MXene-musteella päällystetyn asetaattilevyn joustavaksi 3D-mikroaaltoantenniksi, jonka lähetystaajuutta voidaan säätää yksinkertaisesti vetämällä tai puristamalla sen muotoa hieman.

Konseptin osoitus on tutkijoiden mukaan merkittävä, koska se edustaa uutta tapaa valmistaa antenni nopeasti ja kustannustehokkaasti yksinkertaisesti pinnoittamalla vesipitoista MXene-mustetta kirkkaalle elastiselle polymeerisubstraattimateriaalille.

"Jotta langaton teknologia tukee kehitystä sellaisilla aloilla kuin pehmeä robotiikka ja ilmailu, antennit on suunniteltava viritettäväksi ja helposti valmistettaviksi", sanoo professori Yury Gogotsi.

"Kirigami on luonnollinen malli valmistusprosessille, koska yksinkertaisesta 2D-materiaalista voidaan luoda monimutkaisia 3D-muotoja.

Vakiintuneita mikroaaltoantenneja voidaan konfiguroida uudelleen joko elektronisesti tai muuttamalla niiden fyysistä muotoa mutta ne lisäävät antennin monimutkaisuutta. Sen sijaan tässä työssä esitelty prosessi hyödyntää fyysisen muodon muutosta ja voi luoda monimutkaisienmuotojen antenneja.

Testiantennien luomiseksi tutkijat pinnoittivat ensin asetaattilevyn erityisellä johtavalla musteella, joka koostui titaanikarbidista MXene, luodakseen taajuusselektiivisiä kuvioita.

MXene-materiaaleja on tutkittu tietoliikennesovelluksissa useiden vuosien ajan, koska ne ovat tehokkaita radioaaltojen lähetyksessä ja niillä on myös kyky selektiivisesti estää tai siirtää sähkömagneettisia aaltoja.

Kirigami-antennit osoittautuivat tehokkaiksi lähettämään signaaleja kolmella yleisesti käytetyllä mikroaaltotaajuuskaistalla: 2-4 GHz, 4-8 GHz ja 8-12 GHz.

Lisäksi ryhmä havaitsi, että resonaattorina toimiessaan rakenteen muutokset aiheuttivat 400 megahertsin taajuusmuutoksen. Eli se voi toimia myös jännitysmuutoksen tulkkina infrastruktuurin ja rakennusten kunnon tarkkailussa.

"Tämän tutkimuksen seuraavassa vaiheessa tutkitaan uusia materiaaleja ja geometrioita antenneille."

Aiheesta aiemmin:

Absorboivaa EMI-suojausta

Erittäin ohuita antenneja

Monikäyttöinen kaksiulotteinen