Los investigadores ilustraron y diseñaron un prototipo de antena circular con forma de iris utilizando un software comercial de simulación electromagnética. Aunque el prototipo es solo un poco más grande que la palma de la mano humana, la tecnología se puede escalar al nivel de circuito integrado para frecuencias más altas o aumentar de tamaño para aplicaciones de frecuencia más baja, según los investigadores. Crédito: Jeff Xu/Penn State
Los investigadores crean una antena reconfigurable compatible con el mecanismo.
Las antenas reconfigurables, aquellas que pueden ajustar propiedades como la frecuencia o los haces de radiación en tiempo real, desde lejos, son esenciales para los futuros sistemas de redes de comunicación como 6G. Pero muchos diseños de antenas reconfigurables actuales pueden fallar: tienen problemas en temperaturas altas o bajas, tienen limitaciones de potencia o requieren un mantenimiento regular.
Para hacer frente a estas limitaciones, los ingenieros eléctricos de la Facultad de Ingeniería de Penn State combinaron electroimanes con un mecanismo compatible, que es el mismo concepto de ingeniería mecánica detrás de los clips de carpeta o un arco y una flecha. Publicaron su antena de parche compatible con el motor reconfigurable de prueba de concepto hoy (13 de febrero de 2023) en la revista Nature Communications.
«Los mecanismos compatibles son diseños de ingeniería que incorporan elementos de los propios materiales para crear movimiento cuando se aplica la fuerza, en lugar de los mecanismos tradicionales de cuerpo rígido que requieren bisagras para el movimiento», dijo el autor correspondiente Galestan Mackertich-Sengerdy, estudiante de doctorado y estudiante de pleno derecho. vez profesor investigador en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) de la universidad. «Los objetos habilitados para motores compatibles están diseñados para doblarse repetidamente en una dirección determinada y resistir entornos hostiles».
Cuando se aplica a una antena reconfigurable, sus brazos activados por el mecanismo de reclamo se doblan de manera predecible, lo que a su vez cambia sus frecuencias operativas, sin el uso de bisagras o cojinetes.
“Así como un camaleón activa las pequeñas protuberancias en su piel para que se muevan, lo que cambia su color, una antena reconfigurable puede cambiar su frecuencia de baja a alta y viceversa, simplemente configurando sus propiedades mecánicas, habilitadas por el motor compatible”, dijo. coautor Sawyer Campbell, profesor asociado de investigación en EECS.
Los diseños compatibles con el motor reemplazan las tecnologías de diseño de origami existentes, llamadas así por el arte japonés del plegado de papel, que son reconfigurables pero no tienen las mismas ventajas en robustez, confiabilidad a largo plazo y capacidad de manejo de alta potencia.
“Los diseños de antenas de Origami son conocidos por sus capacidades compactas de plegado y almacenamiento que se pueden implementar más adelante en la aplicación”, dijo Mackertich-Sengerdy. “Pero una vez que se despliegan estas estructuras de origami plegadas, a menudo necesitan una estructura de refuerzo compleja para que no se deformen ni se doblen. Si no se diseñan con cuidado, este tipo de dispositivos sufrirían limitaciones operativas y ambientales de por vida en el campo”.
El equipo ilustró y diseñó un prototipo de antena de iris circular utilizando un software comercial de simulación electromagnética. Luego lo imprimieron en 3D y lo probaron en busca de fallas por fatiga, así como la fidelidad del patrón de radiación y frecuencia en la cámara anecoica de Penn State, una habitación aislada con material absorbente de ondas electromagnéticas que evita que las señales interfieran con la prueba de la antena.
Aunque el prototipo, diseñado para apuntar a una frecuencia específica con fines de demostración, es solo un poco más grande que la palma de una mano humana, la tecnología se puede escalar al nivel de circuito integrado para frecuencias más altas o aumentar de tamaño para aplicaciones de frecuencia más baja. , según los investigadores.
La popularidad de los motores de búsqueda compatibles ha aumentado debido al auge de la impresión 3D, según los investigadores, que permite infinitas variaciones de diseño. Fue la experiencia de Mackertich-Sengerdy en ingeniería mecánica lo que le dio la idea de aplicar esta clase particular de mecanismos compatibles con el electromagnetismo.
«El documento presenta mecanismos compatibles como un nuevo paradigma de diseño para toda la comunidad de electromagnetismo, y anticipamos que crecerá», dijo el coautor Douglas Werner, profesor John L. y Genevieve H. McCain en EECS. “Podría ser el punto de ramificación para un campo completamente nuevo de diseños con aplicaciones emocionantes con las que aún no hemos soñado”.
Referencia: «Mecanismos compatibles personalizados para dispositivos electromagnéticos reconfigurables» por Galestan Mackertich-Sengerdy, Sawyer D. Campbell y Douglas H. Werner, 13 de febrero de 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-36143-6
John L. y Genevieve H. McCain de la Facultad de Ingeniería de Penn State apoyaron este trabajo.
