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職業(yè)創(chuàng)客了，因為對于他們來說，科研內(nèi)容無非是兩點——嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貏?chuàng)意、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙崿F(xiàn)。因此從這個角度來說，3D打印機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通信的革命性全向輻射結(jié)構(gòu)設(shè)備原型。而這個設(shè)備原型是論文作者用一臺普通的桌面型3D打印機打印出來的。這個原型是通過一種與商用有關(guān)的優(yōu)化技術(shù)數(shù)次折疊兩個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
這個原型裝置首先用ABS塑料3D打印出來，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，橢圓形是該裝置功能設(shè)計的基礎(chǔ)，而該全向天線上的一個短接設(shè)置則是其得以實現(xiàn)里程碑式低頻帶目標(biāo)的關(guān)鍵。




短接的位置經(jīng)過了精心計算，它會在天線上形成一個具有50歐姆輸入阻抗的同軸線路，可以實現(xiàn)無線傳輸數(shù)據(jù)的最優(yōu)速率�？偠�言之，通過折疊將天線的總高度降至僅為1.25英寸，這是一個了不起的進步。

與同類產(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量輻射圖案（a）0.7GHz，（b）0.96GHz，（c）2GHz，（d）2.7GHz

相比其競爭對手原型的能力，以滿足嚴(yán)格的頻帶要求在這樣一個縮小的尺寸使它成為一個有前途的突破寬帶系統(tǒng)的領(lǐng)域和移動通信。

阻抗帶寬實驗

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)進行最大5dB增益測試中，該天線被測出了65％的平均輻射效率。在進行回波損耗模擬的測量中它的表現(xiàn)也很好。除此之外，經(jīng)過測量，該天線的效率在低頻段為50%以上，而在較高的頻段高達70%以上。由這些測試結(jié)果可見，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。
事實上，Jean-Marie博士用來制造寬帶天線的3D打印機價格僅為330美元。