افزایش کارایی آنتن های قابل تنظیم با یک روش جدید

آنتن های قابل تنظیم مجدد جزو دسته ای از آنتن ها هستند که می‌توانند ویژگی‌هایی مانند فرکانس یا پرتوهای تشعشع را بلادرنگ و از دور تنظیم کنند و برای سیستم‌های شبکه ارتباطی آینده مانند  6Gبی نقص هستند.

به گزارش تکناک، اما بسیاری از طرح‌های آنتن با قابلیت تنظیم مجدد فعلی ممکن است نقص داشته باشند. زیرا آنها در دماهای بالا یا پایین دچار اختلال می‌شوند، محدودیت‌های برق دارند یا نیاز به سرویس منظم دارند.

برای رفع این محدودیت ها، مهندسان برق در کالج مهندسی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، آهنرباهای الکتریکی را با مکانیزمی سازگار ترکیب کردند که همان مفهوم مهندسی مکانیک پشت گیره های کلاسور یا تیر و کمان است. آنها امروز (13 فوریه 2023) اثبات مفهومی آنتن با قابلیت تنظیم مجدد خود را در مجله Nature Communications منتشر کردند.

گالستان مکرتیچ سنگردی نویسنده مسئول و محقق تمام وقت در دانشکده مهندسی برق و علوم کامپیوتر (EECS)  گفت: مکانیسم‌های منطبق، طرح‌های مهندسی هستند که عناصری از خود مواد را برای ایجاد حرکت در هنگام اعمال نیرو، به جای مکانیسم‌های سنتی بدنه صلب و سخت که برای حرکت به لولا نیاز دارند، ترکیب می‌کنند. اجسام سازگار با مکانیزم فعال برای خم شدن مکرر در یک جهت خاص و مقاومت در برابر محیط های خشن مهندسی شده اند.

هنگامی که بر روی یک آنتن قابل تنظیم مجدد اعمال می شود، مکانیزم فعال آن باعث می شود بازوها به روشی قابل پیش بینی خم شوند که به نوبه خود باعث می شود بدون استفاده از لولا یا یاتاقان فرکانس های کاری آن تغییر کنند.

طرح‌های سازگار با مکانیزم فعال جایگزین فن‌آوری‌های طراحی اوریگامی موجود می‌شوند که نام آن از هنر ژاپنی تا کردن کاغذ گرفته شده است، که قابل تنظیم مجدد هستند، اما مزایای یکسانی در استحکام، قابلیت اطمینان طولانی‌مدت و قابلیت جابجایی با قدرت بالا ندارند.

مکرتیچ سنگردی گفت: طراحی های آنتن اوریگامی به خاطر قابلیت های تاشوندگی جمع و جور و ذخیره سازی خود شناخته شده اند که می توانند در مصارف دیگر به کار گرفته شوند. اما هنگامی که این ساختارهای تا شده اوریگامی مستقر شدند، معمولاً به یک ساختار سفت کننده پیچیده نیاز دارند تا تاب نخورند یا خم نشوند. اگر به دقت طراحی نشود، این نوع دستگاه‌ها با محدودیت‌های زیست‌محیطی و عمر عملیاتی کم در این زمینه مواجه خواهند شد.

این تیم نمونه اولیه آنتن دایره ای عنبیه شکل را با استفاده از نرم افزارهای تجاری شبیه سازی الکترومغناطیسی به تصویر کشیده و طراحی کردند. سپس آن را به صورت سه بعدی پرینت کردند و آن را از نظر شکست های خستگی و همچنین وفاداری الگوی فرکانس و تشعشع در محفظه آنکوئیک دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، که اتاقی عایق‌شده با مواد جاذب امواج الکترومغناطیسی که از تداخل سیگنال‌ها در آزمایش آنتن جلوگیری می‌کند، آزمایش کردند.

به گفته محققان اگرچه نمونه اولیه که برای هدف قرار دادن یک فرکانس خاص برای نمایش طراحی شده است فقط کمی بزرگتر از کف دست انسان است این فناوری را می توان تا سطح مدار یکپارچه برای فرکانس های بالاتر یا افزایش اندازه برای کاربردهای فرکانس پایین تر، مقیاس کرد.

به گفته محققان، تحقیقات مکانیسم سازگار به دلیل ظهور چاپ سه بعدی، محبوبیت بیشتری پیدا کرده است، که تنوع طراحی بی پایان را امکان پذیر می کند. این پیشینه مکرتیچ سنگردی در مهندسی مکانیک بود که به او این ایده را داد که این کلاس خاص از مکانیسم های سازگار را در الکترومغناطیس اعمال کند.