Przestrajalna antena ciekło-metaliczna

tunable antenna

 

Badając zjawiska elektrochemiczne, naukowcy z North Carolina State University (NCSU) stworzyli rekonfigurowaną, kontrolowaną napięciowo ciekło-metaliczną antenę, która może odegrać dużą rolę w przyszłych urządzeniach przenośnych i rozwijającym się Internecie Rzeczy. Podłączenie dodatniego lub ujemnego napięcia elektrycznego w miejscu zetknięcia metalu ciekłego i elektrolitu, może powodować przemieszczanie się ciekłego metalu (przepływ do kapilary lub zbiornika), zmieniając jednocześnie częstotliwość działania i charakterystykę promieniowania anteny.


"Wykorzystanie ciekłego metalu - takiego jak eutektyczny gal i ind (EGaIn), pozwala nam na zmianę właściwości anteny (na przykład częstotliwości) w szerszym zakresie niż jest to możliwe przy użyciu przewodu o stałej długości", wyjaśnia Jacob Adams, adiunkt w dziale Inżynierii elektrycznej i komputerowej w NCSU autor publikacji w czasopiśmie "Journal of Applied Physics".
Napięcie dodatnie "elektrochemicznie osadza tlenek na powierzchni metalu, który obniża napięcie powierzchniowe, podczas gdy ujemne napięcie usuwa tlenek w celu zwiększenia napięcia powierzchniowego", powiedział Adams. Dzięki temu można "usunąć lub zregenerować wystarczająco dużo" powłoki tlenkowej", aby następował przepływ ciekłego metalu do lub z kapilary. Ten czysto elektrochemiczny mechanizm wykorzystuje niskie napięcia DC do strojenia anteny w sposób ciągły i odwracalny pomiędzy 0,66 GHz i 3,4 GHz, co daje zakres strojenia
5:1. Nazywamy to zjawisko "elektrochemicznie kontrolowaną kapilarnością", która przypomina elektrochemiczną pompę ciekłego metalu - zauważył Adams.
Chociaż właściwości anteny mogą być rekonfigurowane w pewnym stopniu w przypadku przewodów o stałej długości za pomocą przełączników elektronicznych, zastosowanie ciekłego metalu znacznie zwiększa zakres, w którym może być regulowana częstotliwość robocza anteny. "Nasz prototyp anteny ciekło-metalicznej może dostroić się do zakresu co najmniej dwa razy większego niż systemy wykorzystujące przełączniki elektroniczne", powiedział.
Poprzednie projekty ciekło-metaliczne (np. antena rtęciowa) wymagały zwykle zewnętrznych pomp, których nie można łatwo zintegrować z systemami elektronicznymi.
"Rozmiar urządzeń mobilnych nadal maleje, a powiększający się Internet Rzeczy prawdopodobnie stworzy ogromne zapotrzebowanie na małe systemy bezprzewodowe" - powiedział Adams. "Podobnie jak liczba usług, która musi być obsługiwana przez urządzenia, liczba pasm częstotliwości, w których musi działać antena. Ten stan rzeczy stworzy prawdziwe wyzwanie w zakresie projektowania anten dla systemów mobilnych".
Dlatego anteny przestrajalne są bardzo pożądane: mogą być zminiaturyzowane i przystosowane do poprawiania problemów związanych z promieniowaniem. Systemy ciekło-metaliczne "zapewniają większy zakres strojenia niż konwencjonalne anteny rekonfigurowalne, a to samo podejście może być stosowane do innych elementów, takich jak filtry dostrajalne" - powiedział Adams.
W dalszej perspektywie Adams i współpracownicy mają nadzieję, że uzyskają większą kontrolę nad kształtem ciekłego metalu na powierzchniach dwuwymiarowych, aby uzyskać niemal dowolny kształt anteny. "To umożliwiłoby olbrzymią elastyczność właściwości elektromagnetycznych anteny oraz wykonanie pojedynczej anteny adaptowalnej do wielu funkcji", dodał.

Referencje:
M. Wang, C. Trlica, M.R. Khan, M.D. Dickey and J.J. Adams. A reconfigurable liquid metal antenna driven by electrochemically controlled capillarity. Journal of Applied Physics, 2015 DOI: 10.1063/1.4919605 (open access)