SCIENZIATI DELL’UNIVERSITÀ DEL DELAWARE STAMPANO IN 3D LENTI LUNEBURG CON CURVATURA DEL SEGNALE 5G
I ricercatori dell’Università del Delaware hanno sviluppato nuove lenti Luneburg prodotte con additivi con la capacità di comunicare a frequenze 5G.
Utilizzando la stampa 3D FDM, il team ha prodotto diverse antenne microscopiche con superfici piatte, consentendo di aggiungerle all’elettronica, ai sensori o persino ai telefoni cellulari. Ora lavorando con l’ esercito degli Stati Uniti , gli scienziati stanno sviluppando sia robotica per la difesa che applicazioni aerospaziali civili, per i loro dispositivi di trasmissione additiva.
“Questa lente è un modo molto economico ed efficace per indirizzare i segnali di comunicazione in una particolare direzione, sarà particolarmente utile con il 5G”, ha affermato il professor Mark Mirotznik, che ha guidato la ricerca. “Riteniamo che il nostro obiettivo possa avere applicazioni per questo tipo di cose” edge-of-the-network “perché sono poco costosi, ma molto robusti”.
I sistemi di comunicazione wireless sono diventati sempre più importanti per la nostra vita quotidiana, poiché la tecnologia viene spesso utilizzata all’interno dei radar e dei satelliti che collegano i dispositivi intelligenti di tutti i giorni. Per svolgere questo ruolo fondamentale, queste antenne devono essere ad alto guadagno, grandangolari, agili e in grado di trasmettere segnali multibanda.
Al momento, le antenne phased array orientabili vengono utilizzate all’interno dei satelliti per raggiungere questo obiettivo, ma possono essere tecnologie costose, complesse e che consumano energia. Le lenti di Luneburg Gradient Index (o GRIN) sono state spesso propagandate come alternativa, poiché le loro strutture sferiche graduate consentono loro di trasmettere più fasci contemporaneamente.
Nonostante le proprietà interessanti dei dispositivi GRIN, le loro geometrie sferiche li hanno resi difficili da integrare in array di antenne standard. Utilizzando un processo di trasformazione ottica (TO), tuttavia, è possibile convertire le lenti Luneburg in superfici planari più compatibili con i satelliti convenzionali.
Sebbene TO sia stato impiegato con successo in quest’area, i progressi sono stati ostacolati dalla presenza di riflessi nel feed dell’obiettivo. Per combattere questo, il team ha teorizzato che utilizzando la stampa 3D, sarebbe possibile aggiungere uno strato antiriflesso (AR), ottenendo un dispositivo Luneburg con funzionalità multifrequenza.
Per testare la loro ipotesi, gli scienziati hanno stampato in 3D uno strato AR sulla superficie di eccitazione planare di una lente esistente e lo hanno configurato per funzionare nella banda Ka (26-40 GHz). Le proprietà elettromagnetiche del prototipo sono state quindi testate e confrontate con le simulazioni, così come le prestazioni dei dispositivi GRIN esistenti.
Durante le valutazioni, il design aggiornato dell’antenna del team è stato in grado di mitigare i riflessi visti negli obiettivi esistenti sulla larghezza di banda ka. Il prototipo ha anche ridotto la metà della potenza dell’obiettivo e, rispetto alle proiezioni del computer, ha mostrato un’efficienza di apertura di oltre il 60% nella maggior parte delle posizioni di alimentazione.
I ricercatori hanno inizialmente ammesso che il loro livello AR a volte limita l’angolo di scansione del dispositivo, ma da allora ne hanno ottimizzato le prestazioni. Lavorando con DeLUX AM, una startup che Mirotznik ha co-fondato, il team ha anche identificato varie nuove applicazioni per lenti, inclusa l’incorporazione all’interno di un “quadricottero” stampato in 3D.
Gli scienziati sono stati ora incaricati dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti di costruire un robot in grado di rimuovere se stesso da un nastro trasportatore e di partire immediatamente. Sembra ambizioso, ma il team ha già stampato un dispositivo integrato nell’obiettivo che si sposta dalla piastra di costruzione, mostrando il potenziale complessivo della tecnologia.
I vantaggi in termini di costi e flessibilità di progettazione derivanti dall’adozione della stampa 3D hanno consentito sempre più ai ricercatori di produrre antenne 5G con capacità di trasmissione potenziate.
I ricercatori con sede nel Regno Unito hanno esaminato i vantaggi della stampa 3D di antenne MIMO ( Multiple Input Multiple Output ) per i sistemi 5G. I “MIMO” proposti potrebbero essere in grado di erogare fasci in più direzioni, fornendo una copertura continua e in tempo reale senza la necessità di sfasatori.
Un altro team dell’Università del Delaware ha implementato una stampante 3D XJet Carmel 1400 per fabbricare nuove antenne 5G. Utilizzando algoritmi di sterzatura passiva del raggio, gli scienziati sono stati in grado di stampare lenti con una struttura complessa, piccoli canali e proprietà dei materiali ottimizzate.
Altrove, gli scienziati dell’Università di Birmingham hanno implementato la stampa 3D di precisione per fabbricare circuiti per antenne 5G . Sviluppati come parte di un progetto a guida militare, i dispositivi potrebbero anche avere applicazioni di mappatura civile e radar per auto.
I risultati dei ricercatori sono descritti in dettaglio nel loro documento intitolato ” Antenna con lente di Luneburg modificata ad alto guadagno, grandangolare abilitata per QCTO con strato antiriflesso a banda larga “, che è stato co-autore di Soumitra Biswas e Mark Mirotznik.
