VIDEO: Pletena RF antena u obliku dekice

Zamislite da uzmete radiofrekvencijska svojstva antena koje vidite na krovovima i upletete ih u nosivi odjevni predmet, pulover ili pokrivač koji je ultra lagan, prenosiv, i lako se sklapa i posprema.

Nepotrebno korištenje teških, glomaznih satelitskih antena učinilo bi komunikaciju mnogo lakšom za one koji žive ili putuju na udaljenim mjestima, a lagana savitljiva antena koja može slati informacije na velike udaljenosti bila bi koristan alat i za javni i za privatni sektor.

Tim  Fakulteta za inženjerstvo i primijenjenu znanost Sveučilišta Columbia, Columbia Engineering, izvješćuje da su iskoristili svoju stručnost u metapovršinama, ultratankim optičkim komponentama koje mogu kontrolirati širenje svjetlosti u jeftinoj, visoko skalabilnoj platformi za ravno pletenje za stvaranje radiofrekvencijske (RF) komunikacije antene koje je lako nositi i postaviti.

Studija koju je vodio Nanfang Yu, izvanredni profesor primijenjene fizike i primijenjene matematike, objavljena je u časopisu Advanced Materials.

Većina RF antena, osobito visoko usmjerenih antenskih nizova, ravni su i kruti uređaji. Iako će ovi uređaji vjerojatno uvijek ostati najsuvremeniji u smislu čiste metrike performansi, često su veliki, teški i nezgrapni i mogu biti skupi za proizvodnju.

Istraživači su istraživali načine za proizvodnju manjih, fleksibilnijih antena, uključujući inkjet ispis ili sitotisak izravno na tekstil i vez, ali ove tehnike su, kako kažu "kvaziaditivni pristupi u kojima se vodljivi materijal dodaje postojećem tekstilu umjesto da se integrira u tekstil tijekom procesa izrade samog tekstila, uvodeći probleme kao što su delaminacija, ili pucanje metalnog područja, a tu su i pitanja skalabilnosti proizvodnje".

Članovi Yuovog tima odlučili su proučavati pletenje i tkanje, koji, iako su najčešći pristupi za izradu tekstila s uzorkom, nisu istraženi kao način za proizvodnju složenih antenskih nizova s ​​projektiranim elektromagnetskim odzivom.

Iskoristili su stare tehnike pletenja i upotrijebili komercijalno dostupne metalne i dielektrične pređe s postojećim strojevima za pletenje kako bi proizveli dva prototipa uređaja za reflektirajuće polje, metapovršinsku leću (metalens) i uređaj za generiranje.

U toj tehnici pletenja koriste se dvije ili više vrsta pređe za izradu uzorka, pređa se olabavi ispod tkanine kada se ne koristi i prebacuje natrag na prednju stranu prema potrebi kako bi se stvorio željeni uzorak.

Integriranjem izrade tekstila i oblikovanja antene u jedan proces, tim je pojednostavio proces izrade i ublažio uobičajene nedostatke antena temeljenih na tkanini. Grupa je prva koja je prilagodila tehnike ravnog pletenja za ugradnju antena izravno tijekom postupka proizvodnje tkanine i sposobna je to učiniti uz nisku cijenu i visok prinos na industrijskoj razini.

Na primjer, svaki od prototipa metapovršina s otiskom od približno jednog kvadratnog metra ispleten je unutar 45 minuta. Osim toga, uređaji od ravnog pletiva izdržali su opetovano pranje i rastezanje na okviru.

Istraživači su eksperimentalno pokazali da kada metapovršina radi kao prijamna antena, fokusira upadni centimetarski val u usko žarište (ograničeno difrakcijom), a kada radi kao odašiljačka antena, pretvara divergentnu emisiju iz RF izvora u val s planarnom valnom frontom, visoko usmjerenu zraku.

Također su pokazali da se mogu izvršiti složeniji zadaci oblikovanja valne fronte. Metapovršina koja generira vrtložnu zraku proizvodi zraku s valnom frontom u obliku vadičepa. Zbog osebujne valne fronte, vrtložna zraka može nositi neovisni kanal informacija, tako da vrtložna zraka i zraka s planarnom valnom frontom korišteni zajedno mogu učiniti komunikacijski kanal dvostruko učinkovitijim, kao što možete vidjeti u ovom videu.

U budućim nastojanjima istraživači će istražiti moderne tehnike pletenja i strojeve za pletenje kako bi ostvarili složenije višenamjenske dizajne, tkanine s kombiniranim dizajnerskim elektromagnetskim, elektroničkim i mehaničkim svojstvima.

"Možemo iskoristiti vrlo staru i vrlo dobro uspostavljenu industriju pletenja kako bismo ispunili neke od potreba modernih telekomunikacija. Lagana i skalabilna priroda pristupa izradi znači da bi ovi uređaji mogli biti jeftine, ultra lagane, fleksibilne varijante sofisticiranih radiofrekvencijskih komunikacijskih antena", zaključuje Yu.