3D打印柔性天線問世，保障無人機(jī)與飛機(jī)移動中信號穩(wěn)定

此項技術(shù)有望為汽車、飛機(jī)及航天器帶來更優(yōu)異的電子通信體驗。

一款尖端3D打印天線已被開發(fā)出來，旨在打造性能更強(qiáng)、具備柔性的無線電子產(chǎn)品。

它解決了柔性電子設(shè)備因彎曲、移動及環(huán)境變化而導(dǎo)致信號中斷這一長期存在的問題。

有趣的是，這種天線使得通信系統(tǒng)能夠完全集成到結(jié)構(gòu)之中，從而將無人機(jī)機(jī)翼、織物等表面轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚匐娮雨嚵小?/p>

這項研究成果由美國華盛頓州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊完成，并于10月20日公布。

"這一概念驗證原型為未來的智能紡織品、無人機(jī)或飛機(jī)通信、邊緣傳感以及其他快速發(fā)展的領(lǐng)域鋪平了道路，這些領(lǐng)域都需要堅固、靈活且高性能的無線系統(tǒng)，"該論文的共同第一作者、華盛頓州立大學(xué)電氣工程與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院的博士生斯里尼·普拉卡爾表示。

新設(shè)計攻克難題

現(xiàn)代設(shè)備對無線技術(shù)的日益依賴，要求天線設(shè)計不斷推陳出新，以實現(xiàn)更快、更可靠的連接。

柔性天線廣泛采用的一個主要障礙是信號中斷問題。

這些天線在經(jīng)受彎曲或移動時（例如在可穿戴電子產(chǎn)品或飛機(jī)機(jī)翼等振動車輛部件中）極易出現(xiàn)誤差。

物理運動改變了天線的形狀，從而導(dǎo)致無線連接不穩(wěn)定并引發(fā)信號錯誤。

該領(lǐng)域一直在逐步發(fā)展以克服這些局限性。例如，先前的一項研究曾受日本古老剪紙藝術(shù)啟發(fā)，制作了一款柔性3D天線。

在這項新進(jìn)展中，WSU團(tuán)隊轉(zhuǎn)向使用3D打印技術(shù)，創(chuàng)建了一個輕量級、柔性的四天線陣列。

用于打印的銅納米顆粒基油墨由該團(tuán)隊來自馬里蘭大學(xué)和波音公司的合作者設(shè)計。

"納米顆粒基油墨在提升我們正在從事的高端通信電路性能方面實際上非常有效，"該研究的合著者、副教授蘇班舒·古普塔表示。

測試表明，即使暴露于彎曲、高濕度、溫度變化和鹽分環(huán)境中，這些天線仍能保持穩(wěn)定的性能。

處理器實時糾錯

研究人員還設(shè)計了一款特殊的處理器芯片，與天線協(xié)同工作，以實現(xiàn)精確的無線通信。

該芯片能實時糾正天線發(fā)出的信號錯誤。它可以修復(fù)由材料變形和振動引起的問題。

"我們使用我們開發(fā)的這款處理器來糾正3D打印天線中的這些材料變形，它也能糾正我們觀測到的任何振動，"古普塔說。

"實時處理的能力使其極具吸引力。我們能夠?qū)崿F(xiàn)陣列強(qiáng)大實時的波束穩(wěn)定，這是以前無法做到的，"這位作者補(bǔ)充道。

在測試中，輕量級原型在移動過程中成功發(fā)送和接收了信號。這些天線功耗低，使得該技術(shù)對各種設(shè)備而言都非常高效。

這些天線被制造成小型、可擴(kuò)展的"瓦片"式單元。這種"瓦片"式設(shè)計使得構(gòu)建更大型的陣列變得容易。

為了展示這種可擴(kuò)展性，研究人員成功組裝了四個天線陣列，共集成了16個天線。

輕量化和可擴(kuò)展性使得該系統(tǒng)非常適合在許多行業(yè)中進(jìn)行設(shè)備端集成。

如果得到廣泛應(yīng)用，這些新型3D打印柔性（或稱共形）天線陣列將有利于航空、汽車和航天器設(shè)計行業(yè)。

該研究結(jié)果已發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

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