机制支持的、可重构的天线促进了未来的无线技术

可重构天线是未来通信网络系统不可或缺的组成部分，比如6G。这种天线可以从远处实时调整频率或辐射波束等特性。然而，许多当前的可重构天线设计都有不足之处:它们在高温或低温下功能失调，有功率限制或需要定期维修。

为了解决这些限制，宾夕法尼亚州立工程学院的电气工程师将电磁铁与柔性机构结合起来，这与活页夹或弓箭背后的机械工程概念相同。他们今天(2月13日)发表了他们的概念验证可重构兼容机制的贴片天线自然通讯．

“柔性机构是一种工程设计，它结合了材料本身的元素，在施加力时产生运动，而不是传统的刚体机构，需要铰链来运动，”通讯作者Galestan Mackertich-Sengerdy说，他既是一名博士生，也是该学院电子工程与计算机科学学院(EECS)的全职研究员。“兼容的机械驱动的物体被设计成在特定方向上反复弯曲，并能承受恶劣的环境。”

当应用于可重构天线时，它的投诉机制使臂以可预测的方式弯曲，从而改变其工作频率-无需使用铰链或轴承。

“就像变色龙触发皮肤上的小凸起移动，从而改变其颜色一样，可重构天线可以通过配置其机械特性来改变其频率，从低到高再到高，这是由柔性机制实现的，”EECS副教授索耶坎贝尔(Sawyer Campbell)说。

这种兼容的机械设计取代了现有的折纸设计技术。折纸设计技术以日本的折纸艺术命名，可以重新配置，但在坚固性、长期可靠性和高功率处理能力方面没有相同的优势。

“折纸天线设计以其紧凑的折叠和存储能力而闻名，可以在以后的应用中部署，”Mackertich-Sengerdy说。“但是一旦这些折纸折叠结构被部署，它们通常需要一个复杂的硬化结构，这样它们就不会翘曲或弯曲。如果不仔细设计，这些类型的设备将在现场受到环境和使用寿命的限制。”

该团队使用商业电磁仿真软件演示并设计了一个圆形的虹膜状贴片天线原型。然后，他们3D打印了它，并在宾夕法尼亚州立大学的消声室测试了它的疲劳失效以及频率和辐射模式的保真度。消声室是一个用电磁波吸收材料绝缘的房间，可以防止信号干扰天线测试。

据研究人员说，虽然这个原型——设计用于特定频率的演示——只比人的手掌略大，但该技术可以扩展到集成电路级别，用于更高的频率，或者在低频应用中增加尺寸。

研究人员表示，由于3D打印的兴起，柔性机构研究越来越受欢迎，这使得设计变化无穷。正是Mackertich-Sengerdy在机械工程方面的背景给了他将这类特定的柔性机构应用于电磁学的想法。

“这篇论文介绍了兼容机制作为整个电磁学社区的一种新的设计范式，我们预计它会不断发展，”合著者Douglas Werner, John L.和Genevieve H. McCain EECS主席教授说。“这可能是一个全新的设计领域的分支点，具有我们从未梦想过的令人兴奋的应用。”

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