據(jù)美國空軍研究實驗室2017年10月12日報道,美國空軍研究實驗室材料和制造部與東北大學(xué)合作,采用全新的信號收發(fā)方法,近期開發(fā)出一種微型天線,尺寸縮小100倍,小于1毫米。這一成果可能大大推動軍事和商業(yè)通信系統(tǒng)小型化步伐。
多年來,大多數(shù)電子元件都已實現(xiàn)微小型化,但天線微型化的步伐受阻。這是因為傳統(tǒng)天線有嚴(yán)謹(jǐn)精確的金屬結(jié)構(gòu),天線需要保持一定長度,才能以適當(dāng)頻率諧振,從而有效地發(fā)射或接收所需的電磁波。這卻限制了天線的微型化。
美國新一代天線原理圖
美國空軍研究實驗室材料和制造部與東北大學(xué)的研究人員則利用應(yīng)變波的傳播速度比光速慢得多的性質(zhì),在保持頻率不變的情況下,使用聲學(xué)濾波器技術(shù),將微波電壓轉(zhuǎn)換成應(yīng)變波,減小波長;再利用磁性材料涂覆常規(guī)的體聲波濾波器,因為這些較慢的應(yīng)變波可以轉(zhuǎn)換成輻射,從而避免了常規(guī)天線微型化后會面臨的低效率難題。
該微型天線使用“多鐵性復(fù)合材料”的特殊絕緣材料代替導(dǎo)電材料,感測微波電場。這種絕緣材料由將磁性轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變的磁致伸縮材料和轉(zhuǎn)換應(yīng)變的壓電材料組成電壓轉(zhuǎn)換材料。這種絕緣材料由磁致伸縮材料和壓電材料構(gòu)成:磁致伸縮材料將磁性轉(zhuǎn)化為應(yīng)變,壓電材料將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電壓。多鐵復(fù)合材料的應(yīng)用可以使超小型天線通過感應(yīng)微波磁場,實現(xiàn)天線功能。
研究團隊發(fā)現(xiàn),新的天線與相似大小的傳統(tǒng)天線相比性能更佳,且它們完全不需要任何電源,僅由簡單的電子元件組成即可工作。此外,不同的幾何設(shè)計能控制薄膜共振的頻率,他們通過兩種不同的設(shè)計,實現(xiàn)了從特高頻(UHF)到甚高頻(VHF)的跨越,展示了這項技術(shù)的成熟應(yīng)用。包括可穿戴天線、生物可植入和生物可注射天線、智能手機和無線通信系統(tǒng)等。