Una stampa speciale per antenne di piccole dimensioni

Sebbene nel campo dell'elettronica si viva una costante rincorsa alla miniaturizzazione, vi è una categoria di componenti che per via di limiti fisici non possono essere miniaturizzati oltre un certo punto, pena la compromissione delle loro prestazioni. Si tratta delle antenne, le quali vanno incontro ad un forte degrado in termini di guadagno, portata e larghezza di banda nel momento in cui le loro dimensioni vengono ridotte al di sotto di un quarto della lunghezza d'onda che devono servire.

Jennifer T. Berhard, professore di Electrical and Computer Engineering presso l'University of Illinois, ha commentato: "Recentemente si è focalizzata l'attenzione sulla produzione di antenne impiegando tecniche di screen-printing e inkjet priting o di microfluidica con liquidi metallici, disposti in motivi semplici come dipoli e loop. Si tratta di tecniche che sono però limitate nella risoluzione spaziale e nella dimensionalità, che permettono di realizzare antenne piane che tuttavia hanno un'area relativamente elevata in relazione alle prestazioni che sono in grado di esprimere".

Jennifer Lewis, Hans Thurnauer Professor of Materials Science and Engineering e responsabile del Frederick Seitz Materials Research Laboratory alla University of Illinois, ha aggiunto: "La stampa omnidirezionale con inchiostri di nanoparticelle metalliche offre una alternativa importante per la realizzazone di antenne tridimensionali di piccole dimensioni (electrically small antenna - ESA). Noi abbiamo condotto la prima dimostrazione di una antenna tridimensionale stampata su una superficie curvilinea".

Il team di ricerca spiega come uno dei problemi fondamentali nello sviluppo dell'antenna sia stato rappresentato dal mantenere basso il rapporto (Q) tra energia conservata ed energia radiata. L'antenna ha però dimostrato un Q molto vicino a quello che è il limite fondamentale dettato dalla fisica, conosciuto come limite di Chu. I ricercatori hanno realizzato un'antenna delle dimensioni pari ad un dodicesimo della lunghezza d'onda servita, con prestazioni di un ordine di grandezza maggiore rispetto a quanto possibile con antenne monopolo.

Ulteriori difficoltà nella produzione sono state rappresentate dal fatto che a differenza di substrati piani, la normale al piano varia continuamente nel caso di una superficie curva. La tecnica di stampa sviluppata dal team ha comunque dimostrato una buona flessibilità, dimostrandosi inoltre in grado di poter essere adattata per la produzione di antenne ESA non sferiche o per l'impiego in altre applicazioni come sensori e componenti elettronici indossabili o impiantabili.