Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
© US Air Force Michael McConney Komponenter | 17 oktober 2017

AFRL utvecklar lusliten miniatyrantenn

Forskare knutna till den amerikanska militÀren har genom ett nytt angreppssÀtt lyckats utveckla en antenn som inte Àr större Àn en lus, motsvarande brÄkdelar av en procent av vÄglÀngden. Hemligheten bakom forskningsresultaten stavas magnetiska vÄgor, multiferroiska kompositer och inspiration frÄn mobiltelefonins akustiska filter.
Bild: US Air Force foto / Michael McConney Forskare vid amerikanska Air Force Research Laboratory (AFRL) Materials and Manufacturing Directorate har i samarbete med Northeastern University utvecklat en ultrakompakt antenn som anvĂ€nder en helt annan princip vid sĂ€ndning och mottagning av signaler Ă€n vad vi Ă€r vana vid. Enligt forskarna kan resultaten vara ett stort steg framĂ„t pĂ„ vĂ€gen mot en ytterligare miniatyrisering av mĂ„nga militĂ€ra och kommersiella kommunikationssystem. Som bekant Ă€r vanliga antenner beroende av sin storlek för att fungera effektivt i det elektromagnetiska spektrat. Om antennen inte Ă€r tillrĂ€ckligt lĂ„ng för resonans vid rĂ€tt frekvens kommer den inte att kunna sĂ€nda eller ta emot önskade elektromagnetiska vĂ„gor effektivt. Under Ă„ren har dock imponerande framsteg gjorts i antennminiatyrisering med mobiltelefoner som ett utmĂ€rkt exempel. Antennernas kvalitet försĂ€mras emellertid nĂ€r de blir mindre och dĂ„ uppstĂ„r behovet av ett större antal cellulĂ€ra antenner per ytenhet i telekomnĂ€tet för att sĂ€kerstĂ€lla adekvat mottagning av mobiltelefonsignaler. – Vi identifierade ultrakompakta antenner som det kritiska sista steget i en sann miniatyrisering av produkter. Forskare har framgĂ„ngsrikt krympt de flesta elektroniska komponenterna men den verkliga miniatyriseringen av antenner Ă€r fortfarande en saknad del, sĂ€ger Dr. Brandon Howe, materialforskare vid AFRL. LĂ€ngden pĂ„ en effektiv miniatyrantenn Ă€r typiskt omkring tio procent av vĂ„glĂ€ngden medan de ultrakompakta AFRL-antennerna Ă€r sĂ„ smĂ„ som brĂ„kdelar av en procent av vĂ„glĂ€ngden. Som ett resultat av det hĂ€r kan en mikrovĂ„gsantenn, som tidigare var ungefĂ€r en halv tum, reduceras till ett objekt som Ă€r mindre Ă€n en loppa (mindre Ă€n en millimeter). Även om den inte helt kan ersĂ€tta smĂ„ antenner kan enligt forskarna den hĂ€r miniatyriseringen vara ett viktigt steg mot att integrera antenner i ett antal applikationer dĂ€r det tidigare var opraktiskt att göra sĂ„. AFRL-forskarnas teknik bygger pĂ„ ett nytt tillvĂ€gagĂ„ngsĂ€tt vid antennutvecklingen. I stĂ€llet för att anvĂ€nda ett elektriskt ledande material för att kĂ€nna av mikrovĂ„gornas elektriska fĂ€lt anvĂ€nder dessa antenner speciella isolerande material kallade "multiferroiska kompositer". Dessa material Ă€r sammansatta av magnetostriktiva material som omvandlar magnetism till fysisk spĂ€nning (strain) och piezoelektriska material som omvandlar spĂ€nning till elektriskt spĂ€nningsomvandlande material. Genom att anvĂ€nda de multiferroiska kompositerna kan sĂ„ de ultrakompakta antennerna fungera genom att detektera magnetfĂ€ltet hos mikrovĂ„gorna. – Vi miniatyriserade antennerna genom att lĂ„na ett trick frĂ„n de akustiska filter som finns i mobiltelefoner och som omvandlar mikrovĂ„gspĂ€nningar till spĂ€nningsvĂ„gor (strain waves). SpĂ€nningsvĂ„gor "fĂ€rdas" mycket lĂ„ngsammare Ă€n ljusets hastighet sĂ„ genom det hĂ€r sĂ€ttet kan vi krympa vĂ„glĂ€ngderna samtidigt som frekvensen Ă€r densamma. Detta gjorde det möjligt för oss att göra antennerna mycket mindre, sĂ€ger AFRLs materialforskare Dr Michael McConney. Genom att belĂ€gga konventionella bulk-akustiska vĂ„gfilter med ett magnetiskt material kan dessa lĂ„ngsammare spĂ€nningsvĂ„gor omvandlas till strĂ„lning, vilket gjorde det möjligt att bryta ineffektiva skalningslagar associerade med att krympa typiska antenner till mycket smĂ„ storlekar. Enligt forskarna representerar den hĂ€r antennen ett nytt sĂ€tt att tĂ€nka. Genom att kombinera materialteknologi pĂ„ ett nytt sĂ€tt kunde de ompröva hur en antenn fungerar. Det nya tillvĂ€gagĂ„ngssĂ€ttet gjorde det möjligt för AFRL och Northeastern Universitys forskargrupp att minska storleken pĂ„ en antenn med över 90 procent, vilket dramatiskt förĂ€ndrade det potentiella designutrymmet. Enligt McConney tillĂ„ter denna nya design antennen att behĂ„lla mycket mer av sin funktionalitet jĂ€mfört med traditionella antenner nedskalade till samma storlek. Denna utveckling kan resultera i mindre enheter, inklusive kroppsnĂ€ra antenner, bioimplanterbara och bioinjicerbara antenner, smarta telefoner och trĂ„dlösa kommunikationssystem med flera. – Miniatyriseringen av militĂ€relektronik Ă€r till stor nytta för soldater och dĂ„ inte bara nĂ€r det gĂ€ller enheters storlek, utan ocksĂ„ transportbarhet, rymdkrav, vikt och mĂ„nga andra faktorer, sĂ€ger Howe. Det kan göra det möjligt för oss att fĂ„ med mer pĂ„ i ett visst utrymme oavsett om det ingĂ„r i ett fĂ€ltpaket eller pĂ„ en plattform. Det ger oss större kapacitet pĂ„ ett mindre utrymme. Forskarteamet planerar att fortsĂ€tta sin forskning genom att arbeta med att matcha den ferromagnetiska resonansen till akustisk (strain) resonans samt integrera ett nytt högkĂ€nsligt magnetiskt material med lĂ„ga förluster som gruppen utvecklat. Genom att göra det hoppas forskarna pĂ„ att ytterligare förbĂ€ttra antennens effektivitet. Forskningsresultaten publicerades nyligen i tidskriften Nature Communications.
Annons
Annons
Visa fler nyheter
2019-02-19 01:06 V12.2.0-2