現(xiàn)代無線技術(shù)的形成與未來發(fā)展

　　隨著無線技術(shù)的不斷進(jìn)步，從無線充電設(shè)備到更高效的通信信號傳輸，天線作為核心組件，其設(shè)計(jì)和制造的創(chuàng)新成為技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。近年來，天線在材料、形狀、性能上的創(chuàng)新，使得它們變得更加靈活、耐用和易于制造。特別是德雷塞爾大學(xué)與不列顛哥倫比亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出的一個創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型，令人矚目——利用日本古代的折紙藝術(shù)“基里伽米”(Kirigami)來制造下一代天線。該研究在《自然通訊》雜志上發(fā)表，提出通過折疊和切割紙張，設(shè)計(jì)出具備可調(diào)頻性能的3D天線，這一發(fā)現(xiàn)有望徹底改變無線電天線的制造方式。

　　基里伽米折紙：開創(chuàng)無線天線的新紀(jì)元

　　基里伽米是一種通過切割和折疊紙張形成復(fù)雜幾何形狀的藝術(shù)形式。德雷塞爾大學(xué)和不列顛哥倫比亞大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，基里伽米技術(shù)可以為制造微波天線提供新的靈感。他們設(shè)計(jì)了一種利用基里伽米技術(shù)制造的天線模型，可以通過物理形狀的變化來調(diào)節(jié)傳輸頻率。具體而言，他們在一塊涂有導(dǎo)電墨水的醋酸酯樹脂片上應(yīng)用基里伽米折紙法，通過拉扯或擠壓改變其形狀，從而調(diào)整其電磁波傳輸特性。

　　這種天線的優(yōu)點(diǎn)在于其不僅輕便、靈活，而且非常耐用，能夠適應(yīng)柔性電子設(shè)備和軟機(jī)器人等前沿技術(shù)的需求。研究人員指出，這種新型天線的制造過程簡單、成本低廉，且可廣泛應(yīng)用于航空航天、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人技術(shù)等多個領(lǐng)域。

　　從傳統(tǒng)天線到可調(diào)天線：挑戰(zhàn)與機(jī)遇

　　傳統(tǒng)的微波天線一般是通過改變其物理形狀或通過電子控制來重新配置其頻率。然而，這些方法通常需要復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，增加了天線的體積、故障風(fēng)險以及制造成本。而基里伽米折紙技術(shù)通過形狀變化來調(diào)節(jié)天線頻率，無需復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)，極大地簡化了設(shè)計(jì)和制造過程。

　　但這一創(chuàng)新技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)。德雷塞爾大學(xué)的尤里·戈茲教授表示：“使用傳統(tǒng)金屬如銅或鋁制作天線時，導(dǎo)電性能良好，而我們的研究采用的新型材料——MXene金屬具有不同的電導(dǎo)率。這要求我們從基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)天線結(jié)構(gòu)，以確保它能夠有效傳輸電磁波?！?/p>

　　此外，傳統(tǒng)天線的結(jié)構(gòu)通常是固定的，一旦設(shè)計(jì)完成，它們只能工作在特定的頻率范圍內(nèi)。而基里伽米折紙?zhí)炀€則具備了可調(diào)頻特性，用戶可以通過改變其形狀或外力作用來調(diào)節(jié)其工作頻率，增強(qiáng)其適用性。

　　環(huán)保與可持續(xù)：降低成本、提高性能

　　在天線的制造過程中，環(huán)保和成本問題也是必須考慮的重要因素。傳統(tǒng)天線通常使用銀或其他貴重金屬，而這些材料的生產(chǎn)和處理過程可能對環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。德雷塞爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的解決方案：利用MXene材料代替銀作為導(dǎo)體，并將紙張作為襯底，減少了制造過程中的污染物排放，并且成本更加低廉。

　　MXene材料是一類具有二維結(jié)構(gòu)的金屬化合物，因其良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，近年來在電子設(shè)備中獲得了廣泛關(guān)注。研究人員認(rèn)為，MXene材料不僅能提高天線的性能，還能為天線的可調(diào)頻設(shè)計(jì)提供更好的支持。

　　應(yīng)用前景：從無線充電到空間探索

　　可調(diào)頻天線不僅在軟機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，還可以用于無線充電、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)中。特別是在空間探索中，天線的耐用性和可調(diào)頻性能顯得尤為重要。德雷塞爾大學(xué)的研究人員與多家航天企業(yè)展開了合作，探索將這一新型天線應(yīng)用于低溫環(huán)境下，以適應(yīng)太空中的溫差變化。

　　此外，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID標(biāo)簽、智能服裝等應(yīng)用也為這一技術(shù)的推廣提供了新的場景。通過將基里伽米折紙?zhí)炀€集成到服裝、建筑物等日常生活用品中，可以實(shí)現(xiàn)更智能的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　未來發(fā)展：更廣泛的應(yīng)用與技術(shù)突破

　　盡管基里伽米折紙?zhí)炀€在設(shè)計(jì)和制造過程中取得了顯著進(jìn)展，但研究人員表示，未來仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。例如，如何進(jìn)一步優(yōu)化MXene材料的性能，使其在更廣泛的頻率范圍內(nèi)工作;如何使天線的可調(diào)頻特性更加精準(zhǔn)和高效;以及如何解決天線在不同工作環(huán)境中的穩(wěn)定性問題。

　　未來的研究將集中在多個方向：包括開發(fā)適用于不同頻率范圍和不同應(yīng)用場景的天線;進(jìn)一步改進(jìn)材料的環(huán)境友好性;以及探索新型柔性天線在無線充電、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　總結(jié)

　　基里伽米折紙技術(shù)為下一代無線天線的設(shè)計(jì)提供了新的思路，尤其是在材料的選擇和天線形狀的調(diào)節(jié)上。通過利用MXene材料和基里伽米技術(shù)，研究人員不僅能夠制造出更為靈活、輕便且高效的天線，還能降低成本并減少對環(huán)境的負(fù)擔(dān)。隨著這一技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)計(jì)將對無線通信、物聯(lián)網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，成為未來無線技術(shù)發(fā)展的重要推動力。

　　來源：千家網(wǎng)