Engineered Metamaterialen inschakelen Opmerkelijk kleine antennes

Published on January 26, 2010 at 5:44 PM

In een voorschot mogelijk interessante Q-Branch, de gadget makers van James Bond, het National Institute of Standards and Technology (NIST) en partners uit de industrie en de academische wereld hebben ontworpen en getest experimentele antennes die zijn zeer efficiënt en toch een fractie van de grootte van de standaard antenne-systemen met vergelijkbare eigenschappen.

Deze Z antenne getest aan het National Institute of Standards and Technology is kleiner dan een standaard antenne met vergelijkbare eigenschappen. De hoge efficiëntie is afgeleid van het "Z element" in het vierkant, dat fungeert als een metamateriaal, sterk stimuleren van het signaal gestuurd via de ether. Het plein is 30 millimeter aan een kant. Credit: C. Holloway / NIST

De nieuwe antennes kan nuttig zijn bij het steeds kleiner en prolifererende draadloze systemen, zoals noodcommunicatie-apparaten, micro-sensoren en draagbare grond penetrerende radars om te zoeken naar tunnels, grotten en andere geofysische eigenschappen.

NIST technici werken met wetenschappers van de Universiteit van Arizona (Tucson) en Boeing Research & Technology (Seattle, Washington) te ontwerpen antennes waarin metamaterialen-materialen ontworpen met nieuwe, vaak microscopisch kleine, structuren om ongebruikelijke eigenschappen te produceren. De nieuwe antennes stralen zo veel als 95 procent van een input radiosignaal en toch trotseren normale ontwerpparameters. Standaard antennes moeten ten minste de helft van de grootte van het signaal golflengte om efficiënt te opereren; op 300 MHz, bijvoorbeeld, een antenne nodig zou hebben om half een meter lang worden. De experimentele antennes zijn zo klein als een-vijftigste van een golflengte en verder zou kunnen krimpen.

In hun nieuwste prototype toestel, * het onderzoeksteam gebruik gemaakt van een metalen draad antenne afgedrukt op een pleintje van koper van minder dan 65 millimeter aan een kant. De antenne is aangesloten op een signaal bron. Gemonteerd op de achterkant van het plein is een "Z element" die fungeert als een metamateriaal-een Z-vormige strook van koper met een spoel (een apparaat dat energie opslaat magnetisch) in het midden (zie foto).

"Het doel van een antenne is om energie te lanceren in vrije ruimte," legt NIST ingenieur Christopher Holloway, "Maar het probleem met antennes die zeer klein zijn in vergelijking met de golflengte is dat de meeste van het signaal alleen maar komt terug naar de bron gereflecteerd. Het metamateriaal maakt de antenne zich gedragen alsof het veel groter dan het werkelijk is, omdat de antenne structuur energie opslaat en opnieuw straalt het. "Conventionele antenne ontwerpen, zegt Holloway, het bereiken van een vergelijkbaar effect door de toevoeging van grof" matching netwerk "componenten verhogen efficiency, maar het metamateriaal systeem kan worden gemaakt veel kleiner. Nog meer intrigerend, Holloway zegt, "deze metamaterialen zijn veel meer 'agile frequentie." Het is mogelijk dat we kunnen afstemmen ze aan het werk bij een frequentie willen we, on the fly, "tot op zekere hoogte niet mogelijk is met conventionele ontwerpen.

De Z-antennes zijn ontworpen aan de Universiteit van Arizona en verzonnen en deels gemeten bij Boeing Research & Technology. De energie-efficiëntie metingen werden uitgevoerd bij NIST laboratoria in Boulder, Colorado Het lopende onderzoek is gesponsord door het Defense Advanced Research Projects Agency.

* RW Ziolkowski, P. Jin, JA Nielsen, MH Tanielian en CL Holloway. Ontwerp en experimentele verificatie van Z antennes op UHF-frequenties. IEEE Antennes Draadloze Propag. Lett., 2009 vol. 8, pp 1329-1332.

Last Update: 6. October 2011 08:25

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit