Prestanda av Kyoceras antenn sänker inte ens på metallytan

- May 09, 2019-

Kyocera Corp utvecklade en liten antenn vars överförings- och mottagningsföreställningar inte sänker ens på metall, vattenyta etc.

Antennen, "Amcenna", utställdes på Ceatec Japan 2018, som ägde rum från 16-16 oktober, 2018, vid Makuhari Messe, i Chiba City, Chiba Prefecture, Japan.

Den utställda antennen riktades mot 2,4 GHz-band elektromagnetiska vågor, men Amcenna kan stödja olika frekvenser. Dessutom har den en stor antennförstärkning för specifika polariserade vågor. Så med lämpliga vinklar blir det möjligt att nära placera antennanordningar, vilket har varit svårt.

Genom att utnyttja det faktum att antennen kan installeras på olika platser med ett brett spektrum av antenntäthet planerar Kyocera att applicera det på alla typer av IoT-enheter, MIMO (multi-input, multi-output) enheter, hälsovårdsenheter och så vidare .

"Högerhänt" metamaterial som används


Amcennas prestanda som en antenn sänker inte ens på metall, etc eftersom dess antennelement är tillverkat genom att använda ett "metamaterial", sa Kyocera. Ett meta-material är ett konstgjort material vars effektiva dielektriska konstant (e ') och magnetisk permeabilitet (μ') förändrades genom att periodiskt anordna "enhetsceller" (en typ av LC-krets).

Tala om meta-material, "vänsterhandsmetallmaterial", som inte existerar i naturen och vars ε- och μ-värden är båda negativa, är kända. Emellertid är ε- och μ-värdena för Amcennas meta-material båda positiva (högerhänt).


Karakteristiken realiserad genom att använda metamaterialet denna gång är att dess reflektansegenskap för elektromagnetiska vågor är "magnetisk". Ett sådant metamaterial kallas "artificiell magnetisk ledare (AMC)." Namnet Amcenna är ett ord skapat genom att kombinera "AMC" och "antenn".

När reflektansegenskapen är magnetisk, är fasen av elektromagnetisk våg inte inverterad vid reflektionstidpunkten, sade Kyocera. I allmänhet när en elektromagnetisk våg reflekteras från metallytan, är det nästan ingen överförd våg och den elektriska fältintensiteten på metallytan är nästan noll och inverterar vågfasen vid reflektionstidpunkten. Det är så kallade "reflektion vid en fast ände."

I detta fall sänks intensiteten hos elektromagnetisk våg nära metallytan drastiskt, eftersom den infallande vågen nästan kompenserar den reflekterade vågen. Detta är anledningen till att prestandan hos vanligt använda antenner sänks drastiskt på metallytan.

Å andra sidan, med en AMC, är reflektionen av elektromagnetisk våg en "frilans" -typ, vilket innebär att reflektionsvågens fas inte är inverterad, sade Kyocera. Som ett resultat kompenserar inte incidentvågen den reflekterade vågen, och antennens prestanda sjunker inte.

Storleksproblem löses genom att använda trefaldig spegel som antydan


Faktum är att sådana AMC har varit kända för länge, och i alla fall skrivs en avhandling om dem 2005. Antenna tillverkare inklusive Kyocera har redan utvecklat några antenner som använder en AMC som substrat etc. Det hade dock varit svårt att att kommersialisera dem.

Antennens storlek blir stor eftersom det är nödvändigt att regelbundet anordna många enhetsceller. Till exempel, en antenn som använder en AMC som Kyocera utvecklat tidigare som ett substrat mäter 8 x 8 cm och har en tjocklek av 3,8 mm. Det gjordes genom att arrangera 13 x 13 enheter celler som en gitter.

Den här gången löste Kyocera problemet genom att använda en "trefaldig spegel" som en ledtråd, sa företaget. När en trefaldig spegel sätts i en viss vinkel och tittar från sidan ser det ut som att ansiktets ansikte reflekteras oändligt.

På samma sätt, genom att göra förbättringar på gränsen för 2 x 2 enhetsceller, för att infalla elektromagnetiska vågor, ser det ut att många enhetsceller sprider sig även utanför gränsen. Som ett resultat blev 2 x 2 enheter celler tillräckligt, vilket möjliggör att minska antennområdet till 1/60.

Strängt taget skiljer sig principen om att realisera Amcennas lilla storlek skiljer sig från den trefaldiga spegeln. När det gäller trippel spegel ser det ut att vara många ansikten eftersom ljuset faktiskt reflekteras från spegeln många gånger.

Å andra sidan, i fallet med Amcenna, återspeglas elektromagnetiska vågor inte upprepade gånger i antennen. Genom att "producera ett periodiskt gränsvillkor på gränsen för AMC", sålde Kyocera en effekt som liknar effekten av att arrangera många enhetsceller, sa företaget.


AMC fungerar som antennelement


Kyocera gjorde ytterligare en förbättring till en antenn som prototyperades med hjälp av en tidigare AMC. Specifikt använde företaget det nya AMC som ett antennelement. Den tidigare AMC användes huvudsakligen för att blockera påverkan av metall.

Den här tiden gjorde dock Kyocera förbättringar i utformningen av den nya AMC-enheten inklusive dess form så att den fungerar som ett antennelement (en typ av dielektrisk antenn). Som ett resultat reducerades tjockleken med hälften från 3,8 mm till 1,9 mm.

Amcenna, som utvecklades på detta sätt, har egenskaper som motsvarar de befintliga antennerna på ytan av nonmetal. Å andra sidan, medan egenskaperna hos befintliga antenner drastiskt sänks på metallytan, sämre av Amcenna, sa företaget.


Placering av hög densitet realiserad genom hög selektivitet för polariserade vågor

Fördelen med Amcenna är inte bara att den kan placeras på metallyta, etc men också det, även om flera antennelement är placerade intill varandra, påverkar de inte varandra mycket. Därför kan, när den appliceras på MIMO-enheter, vilka använder många antennelement, området som upptas av antenner minska.

Detta beror på att Amcenna har en hög selektivitet för specifika linjärt polariserade vågor. Som ett resultat, när två enheter av Amcenna är belägna intill varandra och orienteringen av en av dem är 90 ° olika än den andra, påverkar de knappast varandra.

När det gäller produktionskostnaden för Amcenna sa Kyocera: "Det kan tillverkas genom att använda vanliga tekniker och processer för substratdesign, och det finns därför nästan ingen faktor som ökar kostnaderna.