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美国再次刷新通信技术的认知,研制出尺寸小于1毫米的新一代天线

原标题:美国再次刷新通信技术的认知,研制出尺寸小于1毫米的新一代天线

据美国空军研究实验室2017年10月12日报道,美国空军研究实验室材料和制造部与东北大学合作,采用全新的信号收发方法,近期开发出一种微型天线,尺寸缩小100倍,小于1毫米。这一成果可能大大推动军事和商业通信系统小型化步伐。

多年来,大多数电子元件都已实现微小型化,但天线微型化的步伐受阻。这是因为传统天线有严谨精确的金属结构,天线需要保持一定长度,才能以适当频率谐振,从而有效地发射或接收所需的电磁波。这却限制了天线的微型化。

美国新一代天线原理图

美国空军研究实验室材料和制造部与东北大学的研究人员则利用应变波的传播速度比光速慢得多的性质,在保持频率不变的情况下,使用声学滤波器技术,将微波电压转换成应变波,减小波长;再利用磁性材料涂覆常规的体声波滤波器,因为这些较慢的应变波可以转换成辐射,从而避免了常规天线微型化后会面临的低效率难题。

该微型天线使用“多铁性复合材料”的特殊绝缘材料代替导电材料,感测微波电场。这种绝缘材料由将磁性转变为应变的磁致伸缩材料和转换应变的压电材料组成电压转换材料。这种绝缘材料由磁致伸缩材料和压电材料构成:磁致伸缩材料将磁性转化为应变,压电材料将应变转换为电压。多铁复合材料的应用可以使超小型天线通过感应微波磁场,实现天线功能。

研究团队发现,新的天线与相似大小的传统天线相比性能更佳,且它们完全不需要任何电源,仅由简单的电子元件组成即可工作。此外,不同的几何设计能控制薄膜共振的频率,他们通过两种不同的设计,实现了从特高频(UHF)到甚高频(VHF)的跨越,展示了这项技术的成熟应用。包括可穿戴天线、生物可植入和生物可注射天线、智能手机和无线通信系统等等。

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