MMaterialNews vom 28.01.2010

Engineered Metamaterials Enable Remarkably Small Antennas

In an advance that might interest Q-Branch, the gadget makers for James Bond, the National Institute of Standards and Technology (NIST) and partners from industry and academia have designed and tested experimental antennas that are highly efficient and yet a fraction of the size of standard antenna systems with comparable properties.
The novel antennas may be useful in ever-shrinking and proliferating wireless systems such as emergency communications devices, micro-sensors and portable ground-penetrating radars to search for tunnels, caverns and other geophysical features.

NIST engineers are working with scientists from the University of Arizona (Tucson) and Boeing Research & Technology (Seattle, Wash.) to design antennas incorporating metamaterials—materials engineered with novel, often microscopic, structures to produce unusual properties. The new antennas radiate as much as 95 percent of an input radio signal and yet defy normal design parameters. Standard antennas need to be at least half the size of the signal wavelength to operate efficiently; at 300 MHz, for instance, an antenna would need to be half a meter long. The experimental antennas are as small as one-fiftieth of a wavelength and could shrink further.

In their latest prototype device,* the research team used a metal wire antenna printed on a small square of copper measuring less than 65 millimeters on a side. The antenna is wired to a signal source. Mounted on the back of the square is a “Z element” that acts as a metamaterial—a Z-shaped strip of copper with an inductor (a device that stores energy magnetically) in the center (see photo).

“The purpose of an antenna is to launch energy into free space,” explains NIST engineer Christopher Holloway, “But the problem with antennas that are very small compared to the wavelength is that most of the signal just gets reflected back to the source. The metamaterial makes the antenna behave as if it were much larger than it really is, because the antenna structure stores energy and re-radiates it.” Conventional antenna designs, Holloway says, achieve a similar effect by adding bulky “matching network” components to boost efficiency, but the metamaterial system can be made much smaller. Even more intriguing, Holloway says, “these metamaterials are much more ‘frequency agile.’ It’s possible we could tune them to work at any frequency we want, on the fly,” to a degree not possible with conventional designs.

The Z antennas were designed at the University of Arizona and fabricated and partially measured at Boeing Research & Technology. The power efficiency measurements were carried out at NIST laboratories in Boulder, Colo. The ongoing research is sponsored by the Defense Advanced Research Projects Agency.

Source: NIST - 26.01.2010.

* R.W. Ziolkowski, P. Jin, J.A. Nielsen, M.H. Tanielian and C.L. Holloway. Design and experimental verification of Z antennas at UHF frequencies. IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., 2009 vol. 8, pp. 1329-1332.

Recherchiert und dokumentiert von:

Dr.-Ing. Christoph Konetschny, Materialberater, Inhaber Materialsgate
Die Recherche und Aufbereitung der in diesem Dokument genannten Daten erfolgte mit größter Sorgfalt.
Für die Richtigkeit, Gültigkeit, Verfügbarkeit und Anwendbarkeit der genannten Daten übernehmen wir zu keinem Zeitpunkt die Haftung.
Bitte diskutieren Sie die Verwendung und Eignung für Ihren konkreten Anwendungsfall mit den Experten der genannten Institution.

Sie wünschen Material- und Technologierecherchen zu diesem Thema?

Materialsgate steht für hochwertige Werkstoffberatung und innovative Materialrecherchen.
Nutzen Sie unseren Beratungsservice

MMehr zu diesem Thema

ermöglichen kostengünstige Produktion von flexiblen Antennen für RFID-Etiketten + + + BASF bringt metallbasierte Tinten unter dem Produktnamen CypoPrint® auf den Markt + + + Kostengünstiges Ausgangsmaterial für additiven Herstellungsprozess von flexiblen RFID-Antennen + + +
Unter dem Produktnamen CypoPrint® vermarktet BASF ab sofort metallbasierte Tinten zur Herstellung von flexiblen Antennen für den Einsatz in RFID-Tags (Etiketten). RFID steht für Radio Frequency Identification (kontaktfreie Identifizierung über Radiowellen) und kann ähnlich dem Barcode-System zur Erkennung und Lokalisierung von Waren eingesetzt werden. Die nicht-leitfähigen CypoPrint® -Tinten der BASF ermöglichen erstmals ein – im Vergleich zur bisher genutzten Ätztechnik – kostengünstiges... mehr
Mehr als 120 Jahre nach der Entdeckung der elektromagnetischen Natur der Funkwellen durch Heinrich Hertz beherrscht die drahtlose Datenübertragung die Informationstechnologie. Um immer mehr Daten in kürzerer Zeit zu übertragen, kommen immer höhere Funkfrequenzen zum Einsatz.
Vor einigen Jahren fanden Wissenschaftler heraus, dass man auch mit Lichtwellen funken kann. Die Herstellung der winzigen Antennen war aber bislang äußerst aufwendig. KIT-Wissenschaftlern ist es nun erstmals gelungen, kleinste optische Nanoantennen aus Gold gezielt und reproduzierbar anzufertigen. 1887 entdeckte Heinrich Hertz an der damaligen Technischen Hochschule Karlsruhe, der Vorgängerin der Universität Karlsruhe, die elektromagnetischen Wellen. Die gezielte und gerichtete Erzeugung elektromagnetischer... mehr
04.03.2008

Die Ware funkt

Schätzungsweise 9000 Satelliten kreisen derzeit um unsere Erde. Sie können in jedes auch noch so entlegene Fleckchen unseres blauen Planeten blicken.
Ein Vorteil, den sich die Experten am Magdeburger Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, der Satelliten Navigation Sachsen-Anhalt e.V. (SANASA) und der Licon Logistics e. V. zu Nutze machen, um clevere Logistik-Konzepte zu entwickeln. Im Brennpunkt: die durchgängige Verfolgung von Gütern und Transporteinheiten sowie das Echtzeit-Monitoring von Lagerzonen und Handlingprozessen. Auf der Cebit 2008 präsentieren sie ihre hochmodernen technologischen Systemlösungen für die... mehr
Flüssigkeiten, die elektrischen Strom leiten, begegnen uns in der Umwelt und in der Industrie häufig, angefangen vom schwach leitenden Ozeanwasser über das flüssige Erdinnere bis hin zu flüssigem Silizium in der Kristallzüchtung oder Stahl und Aluminium in der Metallurgie.
Magnetfelder können die Strömung solch leitfähiger Flüssigkeiten beeinflussen, aber auch der umgekehrte Prozess ist möglich, denn jede Strömung verzerrt Magnetfelder in spezifischer Weise. Diese strömungsbedingte Magnetfeldverzerrung kann außerhalb der Flüssigkeit gemessen werden. Physiker im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf haben erstmalig einen Tomographen entwickelt, der aus externen Magnetfeldsignalen die Strömung der Flüssigkeit errechnen und sichtbar machen kann. Mit einem... mehr
RSS
facebook
xing
twitter
linkedin

MaterialCards Weekly

Ihr persönlicher und kostenfreier Material-Reminder - wöchentlich per E-Mail

Service:
Material­cha­rak­teri­sierung und Werkstoffprüfung

Sie benötigen leistungsfähigste Methoden der Material­cha­rak­teri­sierung und Werk­stoff­prü­fung zur Optimierung Ihrer Produkte?
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Element-Mapping
Thermographie
Medizintechnische Untersuchungen
Charakterisierung von Coatings
Automotive Testing
Metallographie
Prüfung von Kunststoffen
Schadensanalyse von Produkten
Schadensanalyse von Bauteilen
Charakterisierung von Composites
Bruchmechanik
Untersuchung von Diffusionsschichten
Barriere-Eigenschaften
Charakterisierung von Fügetechnologien
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Keramographie
Charakterisierung von Katalysatoren
Korrosionstests
Gefüge-Analytik
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Element-Mapping
Thermographie
Medizintechnische Untersuchungen
Charakterisierung von Coatings
Automotive Testing
Metallographie
Prüfung von Kunststoffen
Schadensanalyse von Produkten
Schadensanalyse von Bauteilen
Charakterisierung von Composites
Bruchmechanik
Untersuchung von Diffusionsschichten
Barriere-Eigenschaften
Charakterisierung von Fügetechnologien
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Keramographie
Charakterisierung von Katalysatoren
Korrosionstests
Gefüge-Analytik
Kontaktieren Sie uns – Wir leiten Ihre Fragestellung an einen unserer Kooperationspartner weiter, die alle anerkannte und zertifizierte Prüf­la­bore mit modernster Ausstattung be­treiben.

Empfohlene Literatur

Nader Engheta
Wiley & Sons
Ephraim Suhir
Springer, Berlin
Philipp Bohr
Vdm Verlag Dr. Müller (Mai 2008)
Tibor Grasser et al.
Springer, Berlin
Frances L. Gardiner, Eleanor J. Carter
Smithers Rapra Technology

Empfohlene MaterialCards

Materialsgate Glossar

NIST
Abkürzung für die US-Behörde National Institute of Standards and Technology. Das NIST befasst sich mit technischen Standardisierungsprozessen und kann als das amerikanische Gegenstück zur Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) angesehen werden.
PP
PP ist die Kurzform für den thermoplastischen Kunststoff Polypropylen, der zur Gruppe der Polyolefine gehört. Polypropylen wird durch Polymerisation von Propen mit Hilfe von Katalysatoren gewonnen.