科學(xué)家3D打印出可支持4G的寬帶天線

從某種程度上講，科學(xué)家，尤其是那些從事應(yīng)用科學(xué)研究的科學(xué)家，也是一種創(chuàng)客，甚至可以算得上高級(jí)職業(yè)創(chuàng)客了，因?yàn)閷?duì)于他們來(lái)說(shuō)，科研內(nèi)容無(wú)非是兩點(diǎn)——嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貏?chuàng)意、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?shí)現(xiàn)。因此從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，3D打印機(jī)也必然逐漸成為科學(xué)家們不可或缺的科研工具。

近日，在由Jean-Marie Floch et al.博士發(fā)表的一篇名為《3D打印緊湊型GSM / UMTS / LTE寬帶天線（New Compact Broadband GSM/UMTS/LTE Antenna Realised by 3D Printing）》介紹了一種可用于移動(dòng)通信的革命性全向輻射結(jié)構(gòu)設(shè)備原型。而這個(gè)設(shè)備原型是論文作者用一臺(tái)普通的桌面型3D打印機(jī)打印出來(lái)的。這個(gè)原型是通過(guò)一種與商用有關(guān)的優(yōu)化技術(shù)數(shù)次折疊兩個(gè)橢圓而形成的一種復(fù)雜的三維形狀，最終的結(jié)果是能夠滿足當(dāng)下日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)交換需求的寬帶天線。



制造的天線原型

解構(gòu)3D打印工藝
這個(gè)原型裝置首先用ABS塑料3D打印出來(lái)，然后在原型的表面施加一層銀質(zhì)的金屬化層。據(jù)研究者稱(chēng)，橢圓形是該裝置功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而該全向天線上的一個(gè)短接設(shè)置則是其得以實(shí)現(xiàn)里程碑式低頻帶目標(biāo)的關(guān)鍵。




短接的位置經(jīng)過(guò)了精心計(jì)算，它會(huì)在天線上形成一個(gè)具有50歐姆輸入阻抗的同軸線路，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的最優(yōu)速率�？偠�言之，通過(guò)折疊將天線的總高度降至僅為1.25英寸，這是一個(gè)了不起的進(jìn)步。

與同類(lèi)產(chǎn)品相比，在如此小的尺寸上還能滿足嚴(yán)格的頻帶要求，這使它在移動(dòng)通信和寬帶系統(tǒng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。






該寬帶天線在不同頻率下的測(cè)量輻射圖案（a）0.7GHz，（b）0.96GHz，（c）2GHz，（d）2.7GHz

相比其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手原型的能力，以滿足嚴(yán)格的頻帶要求在這樣一個(gè)縮小的尺寸使它成為一個(gè)有前途的突破寬帶系統(tǒng)的領(lǐng)域和移動(dòng)通信。

阻抗帶寬實(shí)驗(yàn)

如前所述，該裝置可以支持從700兆赫到2700兆赫寬帶寬，而這一帶寬足以覆蓋GSM、UMTS和LTE頻帶，使得該緊湊型寬帶天線能夠充分地響應(yīng)并集成在4G通信網(wǎng)絡(luò)中。
當(dāng)進(jìn)行最大5dB增益測(cè)試中，該天線被測(cè)出了65％的平均輻射效率。在進(jìn)行回波損耗模擬的測(cè)量中它的表現(xiàn)也很好。除此之外，經(jīng)過(guò)測(cè)量，該天線的效率在低頻段為50%以上，而在較高的頻段高達(dá)70%以上。由這些測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，使用3D打印技術(shù)制造的電信設(shè)備不僅可行，而且相當(dāng)?shù)目煽亢蜏?zhǔn)確。
事實(shí)上，Jean-Marie博士用來(lái)制造寬帶天線的3D打印機(jī)價(jià)格僅為330美元。