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华盛顿州立大学开发出用于柔性无线系统的3D打印天线阵列

盖世汽车 刘丽婷 2025-10-22 11:12:54
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盖世汽车讯 据外媒报道,华盛顿州立大学(Washington State University)领导的研究人员开发出一种芯片大小的处理器和3D打印天线阵列,未来有望打造灵活可穿戴的无线系统,并改善汽车、航空航天等行业各种应用中的电子通信。

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图片来源: 华盛顿州立大学

研究人员在期刊《Nature Communications》上发表的一篇报道称,他们利用3D打印技术、处理器和铜纳米颗粒制成的墨水,打造了这种灵活的天线阵列。

“这款概念验证原型为未来的智能纺织品、无人机或飞机通信、边缘传感以及其他需要稳健、灵活和高性能无线系统的快速发展领域铺平了道路,”该论文的共同第一作者、华盛顿州立大学电气工程与计算机科学学院博士生Sreeni Poolakkal说道。

航空和汽车等行业希望能够使用3D打印的柔性或共形天线阵列,因为它们比传统天线阵列更轻、更小、更灵活。例如,无人机可以安装一层天线。

然而,由于材料和制造方式的原因,柔性无线系统的制造成本过高,性能也不如标准天线阵列。当它们移动和弯曲时,例如在可穿戴电子设备中或飞机机翼振动时,天线会改变形状,导致信号错误。

华盛顿州立大学领导的研究团队利用3D打印技术和一种由铜纳米颗粒制成的墨水,制造出即使在弯曲或暴露于高湿度、温度变化和盐分的情况下也能保持稳定的天线。该团队与来自马里兰大学(University of Maryland)和波音公司(Boeing)的合作者共同开发了这种基于铜纳米颗粒的墨水。

“墨水是增材制造(或称3D打印)中非常重要的一部分,”华盛顿州立大学电气工程与计算机科学学院副教授、该研究的合著者Subhanshu Gupta说道。“我们的合作者开发的基于纳米颗粒的墨水实际上在提升我们正在研发的高端通信电路的性能方面非常有效。”

由于精密无线通信需要极高的保真度,研究人员还开发了一种处理器芯片,可以实时校正天线发出的错误信号。

“我们使用我们开发的这款处理器来校正3D打印天线中的材料变形,它还能校正我们观察到的任何振动,”Gupta说道。“实时执行这项功能使其极具吸引力。我们能够为阵列实现稳健的实时波束稳定,这在以前是不可能实现的。”

研究人员构建并测试了一个由四根天线组成的轻量级柔性阵列,该阵列在天线移动和弯曲时仍能成功收发信号。

这些小型天线功耗低,易于扩展,非常适合在设备上实现。Gupta表示,由于它们以“瓦片”的形式构建,这种阵列设计可以构建更大的阵列,并且每个“瓦片”上的独立处理器芯片都可以独立运行。

研究人员能够将四个天线阵列组装在一起,从而形成总共16根天线。

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