Mekaanisesti mukautuva antenni

Uudelleenkonfiguroitavat antennit – ne, joiden ominaisuuksia, kuten taajuutta tai säteilysäteitä voidaan virittää reaaliajassa – ovat olennaisia tulevaisuuden tietoliikenneverkkojärjestelmiä, kuten 6G.

Mutta monet nykyiset uudelleenkonfiguroitavat antennimallit voivat epäonnistua: ne eivät toimi korkeissa tai matalissa lämpötiloissa, niillä on tehorajoituksia tai ne vaativat säännöllistä huoltoa.

Näiden rajoitusten korjaamiseksi Penn State College of Engineeringin sähköinsinöörit yhdistivät sähkömagneetteja koneenrakennustekniikalla toteutettuun mukautuvaan mekanismiin.

"Mukautuvat mekanismit ovat teknisiä rakenteita, jotka sisältävät elementtejä itse materiaaleista liikkeen luomiseksi perinteisten jäykkien runkomekanismien sijaan, jotka vaativat saranoita liikkeen toteuttamiseen", sanoi vastaava kirjoittaja Galestan Mackertich-Sengerdy. "Yhteensopivat mekanismikäyttöiset esineet on suunniteltu taipumaan toistuvasti tiettyyn suuntaan ja kestämään ankaria ympäristöjä."

Kun näitä käytetään uudelleenkonfiguroitavaan antenniin, sen mekanismilla toimivat varret taipuvat ennustettavasti, mikä puolestaanmuuttaa sen toimintataajuuksia ilman saranoiden tai laakereiden käyttöä.

"Aivan kuten kameleontti virittää ihollaan olevat pienet kohoumat liikkumaan, mikä muuttaa sen väriä, uudelleenkonfiguroitava antenni voi muuttaa taajuuttaan matalasta korkeaksi ja takaisin, vain konfiguroimalla sen mekaaniset ominaisuudet, jotka mukautuva mekanismi mahdollistaa", sanoi apulaistutkimusprofessori Sawyer Campbell.

Mukautuviin mekanismeihin perustuvat mallit korvaavat olemassa olevat origamiteknologiat. Ne ovat uudelleenkonfiguroitavissa, mutta niillä ei ole samoja etuja lujuuden, pitkän aikavälin luotettavuuden ja tehokkaan käsittelykyvyn suhteen.

Ryhmä suunnitteli pyöreän, iiriksen muotoisen antennin prototyypin käyttämällä kaupallista sähkömagneettista simulointiohjelmistoa. Sen jälkeen he 3D-tulostivat sen ja testasivat sen väsymishäiriöiden sekä taajuuden ja säteilykuvion tarkkuuden Penn Staten kaiuttomassa kammiossa.

Vaikka prototyyppi, joka on suunniteltu kohdistamaan tiettyyn taajuuteen esittelyä varten, on vain hieman suurempi kuin ihmisen kämmen, tekniikka voidaan tutkijoiden mukaan skaalata integroitujen piirien tasolle korkeampia taajuuksia varten tai kasvattaa kokoa matalataajuuksisiin sovelluksiin.

"Työssä esitellään yhteensopivia mekanismeja uutena suunnitteluparadigmana koko sähkömagneettiselle yhteisölle ja odotamme sen kasvavan", sanoi professori Douglas Werner. "Se voisi olla haarautumiskohta täysin uudelle suunnittelualalle, jossa on jännittäviä sovelluksia, joista emme ole vielä haaveilleet."

Aiheesta aiemmin:

Monitoimiset metapintojen antennit