Миниатюрная механическая антенна на основе униполярных электретов FEP/THV для передачи сверхнизких частот.

Микросистемы и наноинженерия, том 8, Номер статьи: 58 ​​(2022) Цитировать эту статью

2335 Доступов

6 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Механическая антенна на основе электрета (EBMA), которая может передавать электромагнитные сигналы чрезвычайно низкой частоты (ELF), обладает преимуществами миниатюризации и высокой эффективности передачи, а также имеет большие потенциальные возможности применения в воздушной, подводной и подземной связи. Чтобы улучшить плотность заряда электрета, которая является ключевым фактором, определяющим радиационные характеристики EBMA, в этой работе предлагается униполярный электрет фторированный этиленпропилен/терполимер тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфторида (FEP/THV), обладающий отрицательной полярностью. достижение общей плотности заряда до −0,46 мКл/м2 для каждого слоя электрета. Большие расстояния передачи могут быть достигнуты в морской воде, почве и воздухе с использованием трехслойного EBMA на основе FEP/THV с компактным объемом 5 × 10-4 м3. В качестве демонстрации применения информация ELF в двоичном формате ASCII «BUAA» успешно передается с энергопотреблением < 5 Вт.

Электромагнитные волны чрезвычайно низкой частоты (ELF, 3–30 Гц) имеют низкое затухание и сильное проникновение в передающие среды. Эти характеристики делают электромагнитные волны ELF пригодными для воздушной, подводной и подземной связи. Однако традиционные электромагнитные передающие антенны ELF с основным рабочим механизмом на резонансном токе имеют недостатки, заключающиеся в больших размерах, высоком энергопотреблении и низкой эффективности передачи1,2,3,4. В последние годы были предложены механические антенны для решения существующих проблем, связанных с передатчиками СНЧ. Для генерации электромагнитного излучения с помощью механической антенны применяется циклическое механическое движение для возбуждения чистых электростатических зарядов, электрических диполей или магнитных диполей5,6,7,8,9. Распределение тока и электромагнитная энергия механической антенны не зависят от источника питания и более контролируемы, чем у традиционной антенны. Этот уникальный механизм излучения освобождает механическую антенну от ограничений размера антенны с точки зрения эффективности, обеспечивая, таким образом, высокоэффективное электромагнитное излучение ELF с размером, намного меньшим, чем у традиционной передающей антенны ELF10,11,12,13.

По сравнению с механическими антеннами на основе постоянных магнитов (магнитные диполи) или пьезоэлектрических материалов (электрические диполи), механические антенны на основе электретов (EBMA) имеют более высокую эффективность излучения и более выгодны при излучении на большие расстояния14,15,16. В частности, электреты используются в качестве носителей чистых электростатических зарядов. Затем электрет приводится в движение управляемым механическим устройством для достижения передачи ELF17,18,19,20. В результате общая плотность заряда, характеризующая количество чистого заряда, переносимого электретом, является ключевым фактором при определении интенсивности излучения антенны. Традиционный EBMA состоит либо из биполярных электретов, либо из униполярных электретов с одной металлизированной поверхностью. Эти два типа электретов не являются наиболее подходящими для EBMA, а распределение их заряда ограничивает характеристики EBMA. В биполярных электретах заряды противоположной полярности хранятся на двух поверхностях электрета, а электромагнитное поле, создаваемое движением положительных и отрицательных зарядов, нейтрализует друг друга. Следовательно, эффективным является только электромагнитное излучение, создаваемое разницей между положительными и отрицательными зарядами. Электреты с одной металлизированной поверхностью, относящиеся к униполярным электретам, несут суммарные заряды одной полярности21,22,23,24,25, которые более пригодны для применения в ЭБМА, чем биполярные электреты. Однако металлизированная поверхность представляет собой избыточную структуру, и только одна поверхность этих электретов несет заряды, что не способствует повышению миниатюризации и эффективности передачи EBMA26. Необходимо предложить новую стратегию для дальнейшего повышения эффективности EBMA.