仅为小型天线百分之一，新型ME天线可用于智能硬件中

近日，《自然通讯》杂志发布了一篇文章，它描述了一种新型天线设计方案，文中表示，根据此方案将能制造出比当前小型天线还要小一百倍的天线新型微小型天线未来可用于无线通信、物联网、可穿戴设备、智能手机等图、目前的小型天线

产品 目前，现有的小型天线都是基于电磁共振，因此天线的尺寸需要根据电磁波的波长现实应用的天线长度至少都要大于波长的十分之一，近十年来，天线的进一步小型化已经是一个公开的难题 而设计的新型ME天线（尺寸小于波长的千分之一）在最先进的小型天线上实现了1-2个数量级的缩小，而且性能也没有下降。

突破点电磁谐振与声谐振 基于交流电流和电磁（EM）波辐射之间相互转换的天线在智能手机、平板电脑、射频识别系统、雷达等中已广泛使用，而这种电磁耦合的谐振波技术限制了现有天线尺寸的进一步缩小，特别是在甚高频（VHF，30-300MHz）和超高频（UHF，0.3-3GHz）上。

故而论文中给出的天线是一种声学制动的纳米机械磁电（ME）天线，该天线具有悬浮磁性/压电薄膜异质结构，其在膜体声信号共振频率下，通过ME效应接收和发射电磁波 具体来看，就是ME天线中的声波刺激强磁性薄膜的磁化振荡，导致电磁波的辐射，反之亦然，这些天线感应电磁波的磁场，产生压电电压的输出。

低频率限制 我们都知道，频率越高，波长越短，天线也越短但随着频率的提高，很多问题将会出现 这里新型天线采用的是磁性/压电异质结构，在低频下，其应变介导的强磁电（ME）耦合效应已经被证实，即可以使磁性和电力之间的能量转移更有效。

但有科学家提出，低频情况下该结构是强耦合的，即能量转移很有效，那是否也意味着可以在该结构中实现射频（RF）动态过程中的强ME耦合？如果可以的话，这样就能使用新的电磁波收发机制来辐射电磁波，制造出声学致动的纳米级ME天线。

不过，除了在数千赫兹的低频情况下，声波和磁化之间具有强相互作用，该强相互作用还受限于静态或准静态过程而此处是射频动态过程，困难不言而喻 实现与验证 为了切实解决两大限制，研究人员进行了大量的分析与实验，并在现有天线的基础上做了许多细节上的改进。

主要有以下几个方面： 在器件选择上，实验中采用高电阻率硅晶圆作为天线装置的基片；在薄膜结构的磁性多层沉积上，研究人员特别表示使用Al2O3靶通过RF溅射沉积FeGaB层，其中沉积速率需要用X射线反射率校准；此外，研究人员还对天线

谐振器的导纳幅度进行了测量和分析，并利用甚高频锁相放大器测出不同频率下的电磁感应电压 另外，为了解决高频动态的限制，研究人员目前尝试了两种结构，分别采用的是纳米板谐振器（NPR）和薄膜体声波谐振器（FBAR）。

实验中，研究团队分别对这两种电磁结构的响应进行了分析，在考虑磁致伸缩和压电异构结构中的磁场和电场之间的耦合因素下，他们使用FEM软件，即COMSOL Multiphysics V5.1对两种结构分别进行

仿真模拟，并分析了仿真模块的频率响应，从而得出两种不同的电磁结构可以发射不同的频率。

总结： 小型ME天线主要是基于声共振或电磁共振下的磁电耦合效应收发信号，而由于声波波长远小于电磁波谐振的波长，因此这些ME天线远小于最先进的电磁共振小型天线 实验中，研究团队已经尝试了基于NPR和FBAR结构的设计。

未来，这款新型的小型天线将被设计为多种不同的结构，以实现VHF（60MHz）和UHF（2.525GHz）等多种工作频率 此外，基于NPR和FBAR的天线可以通过相同的制造工艺在相同的硅晶圆上制造，这就意味着可以将数十兆赫兹的宽带ME天线阵列集成到数十G赫兹的。

芯片上。 未来，预计这种微小型天线将会用于无线通信、物联网、可穿戴设备、智能手机等多项领域。

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