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变形折纸可以帮助天线系统实时适应

发布时间:2019-01-28 09:50:06 来源:

佐治亚理工学院的研究人员设计了一种方法,使用基于折纸的结构来创建具有可调节尺寸的射频滤波器,使设备能够改变它们在大范围频率内阻挡的信号。

创建这些可调滤波器的新方法可以有多种用途,从能够实时适应环境条件的天线系统到可以在运行中重新配置以反射或吸收不同频率的下一代电磁隐身系统。

该团队专注于一种特殊的折纸模式,称为Miura-Ori,它具有像手风琴一样扩展和收缩的能力。

“Miura-Ori模式在从完全压缩到完全扩展的扩展范围内具有无限多的可能位置,”Glaucio Paulino说,Raymond Allen Jones工程主席和佐治亚理工学院土木与环境工程学院教授。“以这种方式制造的空间滤波器可以实现类似的多功能性,改变滤波器被压缩或扩展时阻挡的频率。”

美国国家科学基金会,美国国防部和半导体研究公司支持的研究结果于12月10日在美国国家科学院院刊上发表。

研究人员使用了一种特殊的打印机,该打印机对纸张进行评分,以便在折纸图案中折叠纸张。然后使用喷墨型打印机在这些穿孔上施加银墨水线,形成偶极元件,使物体具有射频过滤能力。

“偶极子沿着折叠线放置,这样当折纸被压缩时,偶极子弯曲并变得更加接近,这导致它们的共振频率沿着光谱移动得更高,”Manos Tentzeris,Ken Byers柔性电子学教授说。佐治亚理工学院电气与计算机工程学院。

为了防止偶极子沿折叠线断裂,将穿孔悬挂在每个银元件的位置,然后在另一侧继续。另外,沿着每个偶极子,进行单独的切割以形成允许银更加逐渐弯曲的“桥”。为了测试过滤器的各种位置,该团队使用3D打印的框架将其固定到位。

研究人员发现,单层Miura-Ori形滤波器阻挡了一小段频率,而堆叠的多层滤波器可以实现更宽的阻塞频带。

因为Miura-Ori形成在完全伸展时是平坦的并且在完全压缩时非常紧凑,所以这些结构可以被需要保持在紧凑空间中直到展开的天线系统使用,例如在空间应用中使用的那些。另外,物体沿着其扩展的单个平面可以在需要多个物理步骤来部署的天线系统上提供诸如使用更少能量的优点。

“与传统的频率选择性表面相比,基于Miura-Ori的设备可以部署和重新调整到广泛的频率范围,传统的频率选择性表面通常使用电子元件来调整频率而不是物理变化,”Abdullah Nauroze说,从事该项目的乔治亚理工学院研究生。“这些设备可以作为下一代立方体或其他空间通信设备的反射阵列使用。”

使用折纸也有物理上的好处。

“Miura-Ori图案表现出非凡的机械性能,尽管由厚度仅为十分之一毫米的薄片组装而成,”佐治亚理工学院研究生Larissa Novelino表示。“这些房产可以制造轻便但结实的结构,可以轻松运输。”

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