Engineered Metamaterialien aktivieren bemerkenswert kleinen Antennen

Published on January 26, 2010 at 5:44 PM

In einem vorab, dass das Interesse Q-Branch, das Gadget Maker für James Bond, der vielleicht National Institute of Standards and Technology (NIST) und Partnern aus Industrie und Wissenschaft entwickelt und getestet experimentellen Antennen, die sehr effizient sind und noch einen Bruchteil der Größe von Standard-Antennen-Systeme mit vergleichbaren Eigenschaften.

Diese Z-Antenne am National Institute of Standards and Technology getestet ist kleiner als ein Standard-Antenne mit vergleichbaren Eigenschaften. Die hohe Effizienz ist von der "Z-Element" in den eckigen, die als Metamaterial wirkt abgeleitet, stark Verstärkung des Signals über das Mobilfunknetz gesendet. Der Platz ist 30 Millimeter auf einer Seite. Credit: C. Holloway / NIST

Der Roman Antennen kann in immer kleiner und proliferierenden drahtlosen Systemen wie z. B. Not-Kommunikationsgeräten, Mikro-Sensoren und tragbare Boden durchdringenden Radars für Tunnel, Höhlen und anderen geophysikalischen Eigenschaften suchen nützlich.

NIST-Ingenieure mit Wissenschaftlern der University of Arizona (Tucson) und Boeing Research & Technology (Seattle, WA) zu entwerfen Antennen Einbeziehung Metamaterialien-Materialien mit neuartigen, oft mikroskopischen Strukturen entwickelt, um außergewöhnliche Eigenschaften zu erzeugen arbeiten. Die neuen Antennen strahlen so viel wie 95 Prozent der Eingang Funksignal und dennoch trotzen normalen Design-Parameter. Standard-Antennen müssen mindestens die Hälfte der Größe des Signals Wellenlänge effizient arbeiten werden; bei 300 MHz, zum Beispiel einer Antenne müsste zu einem halben Meter lang sein. Die experimentellen Antennen sind so klein wie ein Fünfzigstel einer Wellenlänge und könnte weiter schrumpfen.

In ihrer neuesten Prototyp, gebraucht * das Forscherteam einen Metalldraht-Antenne auf einem kleinen Platz von Kupfer von weniger als 65 Millimeter auf einer Seite gedruckt. Die Antenne ist an eine Signalquelle angeschlossen. Montiert auf der Rückseite des Platzes ist ein "Z-Element", das als Metamaterial-a Z-förmigen Streifen aus Kupfer mit einer Induktivität (ein Gerät, das Energie speichert magnetisch) in der Mitte (siehe Foto) wirkt.

"Der Zweck einer Antenne ist es, Energie in den freien Raum zu starten", erklärt NIST-Ingenieur Christopher Holloway, "Aber das Problem mit Antennen, die sehr klein sind im Vergleich zur Wellenlänge ist, dass die meisten das Signal nur bekommt zurück an die Quelle nieder. Die Metamaterial macht die Antenne so verhalten, als wenn es viel größer als es wirklich ist wurden, da die Antenne Struktur speichert Energie und re-strahlt. "Herkömmliche Antennen-Designs, Holloway sagt, eine ähnliche Wirkung erzielen, indem sperrige" matching network "Komponenten Effizienz steigern, aber das Metamaterial-System kann wesentlich kleiner ausgelegt werden. Noch faszinierender, Holloway sagt, "diese Metamaterialien sind viel mehr" frequenzagile. " Es ist möglich, wir könnten tune sie bei einer beliebigen Frequenz wollen wir arbeiten, on the fly "zu einem gewissen Grad nicht möglich mit herkömmlichen Konstruktionen.

Die Z-Antennen wurden an der Universität von Arizona entwickelt und gefertigt und teilweise bei Boeing Research & Technology gemessen. Die Energie-Effizienz-Messungen wurden bei NIST Labors in Boulder, Colorado, durchgeführt, die laufenden Forschungsarbeiten von der Defense Advanced Research Projects Agency gesponsert.

* RW Ziolkowski, P. Jin, JA Nielsen, MH Tanielian und CL Holloway. Design und experimentelle Verifikation Z Antennen UHF Frequenzen. IEEE-Antennen WLAN Propag. Lett., 2009 vol. 8, S. 1329-1332.

Last Update: 7. October 2011 06:03

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