可重構(gòu)天線是未來通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如6G）不可或缺的一部分。但目前的許多可重構(gòu)天線設(shè)計(jì)存在不足：它們在高溫或低溫下無法正常工作，存在功率限制，或者需要定期維修。為了克服這些缺點(diǎn)，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員將電磁鐵與柔順機(jī)構(gòu)相結(jié)合，推出了其概念驗(yàn)證可重構(gòu)貼片天線。研究成果發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

研究人員設(shè)計(jì)的可重構(gòu)天線原型。

圖片來源：美國賓夕法尼亞州立大學(xué)

符合柔順機(jī)制的物體可被設(shè)計(jì)成向某個(gè)方向反復(fù)彎曲，并能經(jīng)受住惡劣環(huán)境。當(dāng)應(yīng)用于可重構(gòu)天線時(shí)，柔順機(jī)構(gòu)使天線臂能以可預(yù)測的方式彎曲，這反過來又在不使用鉸鏈或軸承的情況下改變了它的工作頻率。

研究人員介紹說，就像變色龍觸發(fā)皮膚上的微小隆起移動，從而改變它的顏色一樣，一個(gè)可重構(gòu)天線可改變它的頻率，從低到高再回到原來的頻率，只需配置它的機(jī)械特性，就能在柔順機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)。受日本折紙藝術(shù)啟發(fā)，利用柔順機(jī)構(gòu)理論設(shè)計(jì)的“折紙?zhí)炀€”雖可重構(gòu)，但其在堅(jiān)固性、長期可靠性和高功率處理能力方面表現(xiàn)較差。如果不精心設(shè)計(jì)，這些類型的設(shè)備在現(xiàn)場將受到環(huán)境和操作壽命的限制。

此次，研究團(tuán)隊(duì)使用商業(yè)電磁模擬軟件繪制并設(shè)計(jì)了一個(gè)圓形虹膜貼片天線原型。然后，他們對其進(jìn)行3D打印，并在電波暗室中測試了它的疲勞故障以及頻率和輻射模式保真度。

該原型只比人類手掌略大一點(diǎn)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是演示特定的頻率。對于高頻應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)可擴(kuò)展到集成電路級別；對于低頻應(yīng)用，可擴(kuò)大尺寸。

研究人員表示，該成果將柔順機(jī)構(gòu)作為整個(gè)電磁學(xué)領(lǐng)域的一種新設(shè)計(jì)范式，這可能是一個(gè)全新的設(shè)計(jì)領(lǐng)域分支，將會帶來令人興奮的應(yīng)用。