افزایش کارایی آنتن‌های قابل تنظیم با یک روش جدید

به گزارش مجله خبری نگار،اما بسیاری از طرح‌های آنتن با قابلیت تنظیم مجدد فعلی ممکن است نقص داشته باشند. زیرا آن‌ها در دما‌های بالا یا پایین دچار اختلال می‌شوند، محدودیت‌های برق دارند یا نیاز به سرویس منظم دارند.

برای رفع این محدودیت ها، مهندسان برق در کالج مهندسی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، آهنربا‌های الکتریکی را با مکانیزمی سازگار ترکیب کردند که همان مفهوم مهندسی مکانیک پشت گیره‌های کلاسور یا تیر و کمان است. آن‌ها امروز (۱۳ فوریه ۲۰۲۳) اثبات مفهومی آنتن با قابلیت تنظیم مجدد خود را در مجله Nature Communications منتشر کردند.

گالستان مکرتیچ سنگردی نویسنده مسئول و محقق تمام وقت در دانشکده مهندسی برق و علوم کامپیوتر (EECS) گفت: مکانیسم‌های منطبق، طرح‌های مهندسی هستند که عناصری از خود مواد را برای ایجاد حرکت در هنگام اعمال نیرو، به جای مکانیسم‌های سنتی بدنه صلب و سخت که برای حرکت به لولا نیاز دارند، ترکیب می‌کنند. اجسام سازگار با مکانیزم فعال برای خم شدن مکرر در یک جهت خاص و مقاومت در برابر محیط‌های خشن مهندسی شده اند.

هنگامی که بر روی یک آنتن قابل تنظیم مجدد اعمال می‌شود، مکانیزم فعال آن باعث می‌شود بازو‌ها به روشی قابل پیش بینی خم شوند که به نوبه خود باعث می‌شود بدون استفاده از لولا یا یاتاقان فرکانس‌های کاری آن تغییر کنند.

طرح‌های سازگار با مکانیزم فعال جایگزین فن‌آوری‌های طراحی اوریگامی موجود می‌شوند که نام آن از هنر ژاپنی تا کردن کاغذ گرفته شده است، که قابل تنظیم مجدد هستند، اما مزایای یکسانی در استحکام، قابلیت اطمینان طولانی‌مدت و قابلیت جابجایی با قدرت بالا ندارند.

مکرتیچ سنگردی گفت: طراحی‌های آنتن اوریگامی به خاطر قابلیت‌های تاشوندگی جمع و جور و ذخیره سازی خود شناخته شده اند که می‌توانند در مصارف دیگر به کار گرفته شوند. اما هنگامی که این ساختار‌های تا شده اوریگامی مستقر شدند، معمولاً به یک ساختار سفت کننده پیچیده نیاز دارند تا تاب نخورند یا خم نشوند. اگر به دقت طراحی نشود، این نوع دستگاه‌ها با محدودیت‌های زیست‌محیطی و عمر عملیاتی کم در این زمینه مواجه خواهند شد.

این تیم نمونه اولیه آنتن دایره‌ای عنبیه شکل را با استفاده از نرم افزار‌های تجاری شبیه سازی الکترومغناطیسی به تصویر کشیده و طراحی کردند. سپس آن را به صورت سه بعدی پرینت کردند و آن را از نظر شکست‌های خستگی و همچنین وفاداری الگوی فرکانس و تشعشع در محفظه آنکوئیک دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، که اتاقی عایق‌شده با مواد جاذب امواج الکترومغناطیسی که از تداخل سیگنال‌ها در آزمایش آنتن جلوگیری می‌کند، آزمایش کردند.

به گفته محققان اگرچه نمونه اولیه که برای هدف قرار دادن یک فرکانس خاص برای نمایش طراحی شده است فقط کمی بزرگتر از کف دست انسان است این فناوری را می‌توان تا سطح مدار یکپارچه برای فرکانس‌های بالاتر یا افزایش اندازه برای کاربرد‌های فرکانس پایین تر، مقیاس کرد.

به گفته محققان، تحقیقات مکانیسم سازگار به دلیل ظهور چاپ سه بعدی، محبوبیت بیشتری پیدا کرده است، که تنوع طراحی بی پایان را امکان پذیر می‌کند. این پیشینه مکرتیچ سنگردی در مهندسی مکانیک بود که به او این ایده را داد که این کلاس خاص از مکانیسم‌های سازگار را در الکترومغناطیس اعمال کند.