利用柔顺机构的可重构天线问世

研究人员设计的可重构天线原型。图片来源：美国宾夕法尼亚州立大学

可重构天线是未来通信网络系统（如6G）不可或缺的一部分。但目前的许多可重构天线设计存在不足：它们在高温或低温下无法正常工作，存在功率限制，或者需要定期维修。为了克服这些缺点，美国宾夕法尼亚州立大学研究人员将电磁铁与柔顺机构相结合，推出了其概念验证可重构贴片天线。研究成果发表在《自然·通讯》杂志上。

符合柔顺机制的物体可被设计成向某个方向反复弯曲，并能经受住恶劣环境。当应用于可重构天线时，柔顺机构使天线臂能以可预测的方式弯曲，这反过来又在不使用铰链或轴承的情况下改变了它的工作频率。

研究人员介绍说，就像变色龙触发皮肤上的微小隆起移动，从而改变它的颜色一样，一个可重构天线可改变它的频率，从低到高再回到原来的频率，只需配置它的机械特性，就能在柔顺机构的作用下实现。受日本折纸艺术启发，利用柔顺机构理论设计的“折纸天线”虽可重构，但其在坚固性、长期可靠性和高功率处理能力方面表现较差。如果不精心设计，这些类型的设备在现场将受到环境和操作寿命的限制。

此次，研究团队使用商业电磁模拟软件绘制并设计了一个圆形虹膜贴片天线原型。然后，他们对其进行3D打印，并在电波暗室中测试了它的疲劳故障以及频率和辐射模式保真度。

该原型只比人类手掌略大一点，其设计目标是演示特定的频率。对于高频应用，这项技术可扩展到集成电路级别；对于低频应用，则可扩大尺寸。

研究人员表示，该成果将柔顺机构作为整个电磁学领域的一种新设计范式，这可能是一个全新的设计领域分支，将会带来令人兴奋的应用。