机械工程与电磁学相结合使未来技术成为可能

可重构天线——那些可以从远处实时调整频率或辐射束等特性的天线——是未来通信网络系统(如6G)不可或缺的一部分。但许多当前的可重构天线设计可能存在不足：它们在高温或低温下会发生故障，功率受限或需要定期维修。

为了解决这些限制，宾夕法尼亚州立大学工程学院的电气工程师将电磁铁与顺应机制相结合，这与长尾夹或弓箭背后的机械工程概念相同。他们今天(2月13日)在NatureCommunications上发布了他们的概念验证可重构兼容机制启用贴片天线。

“顺从机制是工程设计，结合了材料本身的元素，在施加力时产生运动，而不是传统的需要铰链运动的刚体机制，”相应的作者GalestanMackertich-Sengerdy说，他既是博士生又是学院电气工程与计算机科学学院(EECS)专职研究员。“兼容机制启用的对象被设计为在某个方向反复弯曲并承受恶劣的环境。”

当应用于可重构天线时，其投诉机制使臂以可预测的方式弯曲，进而改变其工作频率——无需使用铰链或轴承。

“就像变色龙触发其皮肤上的微小凸起移动，从而改变其颜色一样，可重构天线可以将其频率从低调到高调，然后再调低，只需配置其机械特性，并通过顺应机制实现，”合作伙伴说。-作者SawyerCampbell，EECS副研究教授。

兼容机制支持的设计取代了现有的折纸设计技术，以日本的折纸艺术命名，这些技术是可重新配置的，但在稳健性、长期可靠性和高功率处理能力方面没有相同的优势。

Mackertich-Sengerdy说：“折纸天线设计以其紧凑的折叠和存储能力而著称，可以在以后的应用中进行部署。”“但是一旦部署了这些折纸折叠结构，它们通常需要一个复杂的加固结构，这样它们就不会翘曲或弯曲。如果设计不当，这些类型的设备将在现场受到环境和使用寿命的限制。”

该团队使用商业电磁仿真软件展示并设计了一个圆形、虹膜形贴片天线原型。然后，他们对其进行了3D打印，并在宾夕法尼亚州立大学的消音室中测试了它的疲劳失效以及频率和辐射图保真度，消音室是一个用电磁波吸收材料绝缘的房间，可以防止信号干扰天线测试。

据研究人员称，虽然该原型设计为针对特定频率进行演示，仅略大于人手掌，但该技术可以扩展到集成电路级别以用于更高频率或增加尺寸以用于更低频率应用。

研究人员表示，由于3D打印的兴起，合规机制研究越来越受欢迎，这使得无穷无尽的设计变化成为可能。正是Mackertich-Sengerdy在机械工程方面的背景使他产生了将此类特定类型的兼容机制应用于电磁学的想法。

“这篇论文介绍了合规机制作为整个电磁学界的新设计范例，我们预计它会不断发展，”共同作者DouglasWerner、JohnL.和GenevieveH.McCainEECS讲座教授说。“它可能是一个全新的设计领域的分支点，具有我们还没有梦想过的令人兴奋的应用。”

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