Zeer kleine antennes

Samenvatting

Met het gebruik van metamaterialen zijn kleine antennes te maken, die toch een hoog rendement hebben
 

Zeer kleine antennes

29 jan 2010     Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben samen met de University of Arizona en Boeing Research & Technology zeer kleine antennes ontwikkeld die door het gebruik van metamateriaal toch een hoog rendement hebben.
Metamaterialen zijn opgebouwd uit microscopisch kleine structuren en gedragen zich als een materiaal met negatieve permeabiliteit en permittiviteit, Dit maakt dat de opgevangen elektromagnetische golven als het ware versterkt weer worden uitgezonden.

We zijn gewend dat bij een conventionele antenne met afmetingen die klein zijn ten opzichte van de gebruikte golflengte het rendement slecht is en dat maar een klein deel van de energie wordt uitgestraald. En bovendien is een omvangrijke antennetuner nodig om de antenne aant te passen aan de zender om zodoende nog enig rendement te verkrijgen.
Bij de nieuwe antennes van het NIST zorgt het metamateriaal ervoor dat de antenne zich gedraagt alsof deze vele malen groter is dan de werkelijke afmetingen. Het rendement wordt daarmee veel groter en de aanpassing een stuk eenvoudiger.

De nieuwe antennes kunnen bijvoorbeeld worden toegepast in microsensoren, draagbare radarsystemen en (nood-)communicatieapparatuur.
Het meest recente prototype van de nieuwe ‘Z-antenne’ bestaat uit een draadantenne die is aangebracht op een plaatje van 30 x 30 mm. Op de achterkant bevindt zich een ‘Z-element’ van metamateriaal.

Onderstaand een engelstalige video waarin de bijzondere eigenschappen van metamaterialen in combinatie met een monopool groundplane antenne getoond worden.
Een monopool groundplane antenne, uitgevonden door Marconi, heeft een gain van -4 db ten opzichte van een log-periodische antenne over hetzelfde frequntiegebied over een zeer groot frequentie gebied, Maar daarbij is de VSWR zeer groot.
Over de antennestaaf wordt een buisje geschoven van een isolatiefolie waarop een regelmatig zig-zag patroon van koperfolie is gedrukt. Essentieel is dat de lengtes van de rechte stukjes veel kleiner zijn dan de golflengte in het frequentiegebied.
Het resultaat is dat de gain toeneemt met zo'n 3 dB maar belangrijker is dat de VSWR sterk verbeterd is, over een frequentiegebied van een faktor twee blijft de VSWR beter dan 2:1.
Dat folie gedraagt zich dan als een metamateriaal, een materiaal waarvan de


(Pieter J.T.Bruinsma, PA0PHB) 

Referenties, informatie:

NIST => nieuwsbericht

NIST antenne
NIST antenne

Monopool groundplane antenne
Monopool groundplane antenne

Folie met fractaal koper patroon.
Folie met fractaal koper patroon.

lll