Антенны с метаматериалом в 50 раз меньше длины волны

Национальный институт стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) совместно с Университетом Аризоны (University of Arizona) и исследовательским подразделением корпорации Boeing (Boeing Research & Technology) разработал и протестировал экспериментальные антенны, которые значительно меньше стандартных, но обладают такими же характеристиками. Сферой их использования должны стать миниатюрные беспроводные устройства, такие как приборы для экстренной связи, микросенсоры и портативные радары для поиска пещер. В конструкции применены метаматериалы – структуры со свойствами, которые не встречаются в природных условиях. Новые антенны излучают до 95% входящего сигнала. Если стандартная антенна должна достигать хотя бы половины длины волны для эффективной работы (например, при частоте 300 МГц необходимая длина будет 0,5 м), то экспериментальная может быть в 50 раз меньше, и это не предел.

В последнем прототипе инженеры использовали напечатанную на медной квадратной площадке проволочную антенну, длина стороны составила менее 65 мм (на изображении – образец со стороной квадрата 30 мм). На обратной поверхности площадки находится выступающий в роли метаматериала "Z-элемент" – полоска из меди с индуктором в центре. Как объясняет Кристофер Холлоуэей (Christopher Holloway) из NIST, назначение антенны – "запуск энергии в открытое пространство", но проблема с миниатюрными по сравнению с длиной волны устройствами в том, что большая часть сигнала отражается обратно к источнику. Метаматериал заставляет антенну действовать так, будто она намного крупнее. Конструкция с индуктором хранит энергию и переизлучает её. В обычных антеннах подобный эффект может быть достигнут путём добавления больших согласующих компонентов. Кроме того, новая разработка может быть настроена на любую частоту на лету.