Les antennes à base de liquide offrent des avantages uniques par rapport aux antennes métalliques. L’antenne proposée est dans une chambre d’essai anéchoïque.
Une nouvelle antenne qui utilise de l’eau salée et du plastique plutôt que du métal pour façonner les signaux radio pourrait faciliter la construction de réseaux utilisant des signaux VHF et UHF.
Pouvoir concentrer l’énergie d’un signal radio vers un récepteur donné permet d’augmenter la portée et l’efficacité des transmissions. Si vous connaissez l’emplacement du récepteur et que vous êtes sûr qu’il ne bougera pas, vous pouvez simplement utiliser une antenne façonnée pour émettre de l’énergie principalement dans une direction et la diriger. Mais si l’emplacement du récepteur est incertain, ou s’il se déplace, ou si vous souhaitez passer à un autre récepteur, les choses deviennent difficiles.
Dans ce cas, les ingénieurs recourent souvent à une technique appelée beam-steering (orientation ou direction de faisceau) ou beamforming (filtrage spatial, formation de faisceaux ou formation de voies), et le faire à grande échelle est l’un des principaux mécanismes sous-jacents au déploiement des réseaux 5G.
La direction du faisceau vous permet de régler la mise au point de l’antenne sans avoir à la déplacer pour la diriger dans différentes directions. Il s’agit d’ajuster les phases relatives d’un ensemble d’ondes radio à l’antenne : ces ondes interfèrent de manière constructive et destructive, annulant dans des directions indésirables et renforçant le signal dans la direction que vous voulez lui envoyer. Par exemple, vous pourriez vouloir un faisceau plus large si vous envoyez le même signal à plusieurs récepteurs dans une direction donnée, ou un faisceau plus étroit si vous parlez à un seul récepteur.
Aujourd’hui, les chercheurs ont mis au point un système d’antenne à base de liquide perfectionné qui repose sur un ingrédient facilement disponible : l’eau salée.
La configuration permet un guidage de faisceau à 360 degrés et fonctionne pour des fréquences comprises entre 334 et 488 MHz.
Bien sûr, ce n’est pas la première antenne à liquide : ces antennes, qui utilisent un fluide pour émettre et recevoir des signaux radio, peuvent être utiles dans les situations où des fréquences VHF ou UHF sont nécessaires (fréquences entre 30 mégahertz et 3 gigahertz). Elles ont tendance à être petites, transparentes et plus reconfigurables que les antennes métalliques conventionnelles. Pour ces raisons, elles sont explorées pour certaines applications de l’Internet des objets (IoT) et la 5G.
Les antennes liquides qui dépendent de l’eau salée ont encore plus d’avantages, puisque la substance est facilement disponible, peu coûteuse et écologique. Plusieurs antennes à base d’eau salée ont été développées jusqu’à présent, mais ces conceptions sont limitées quant à la facilité avec laquelle le faisceau peut être dirigé et reconfiguré.
Cependant, dans une publication récente dans IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Lei Xing et ses collègues du College of Electronic and Information Engineering de l’Université d’aéronautique et d’astronautique de Nanjing en Chine ont proposé une nouvelle antenne à eau salée qui atteint 12 états directionnels et un état omnidirectionnel de direction du faisceau. Sa configuration circulaire permet un guidage complet du faisceau à 360 degrés et fonctionne sur des fréquences comprises entre 334 et 488 MHz.
La conception proposée consiste en un plan de masse circulaire, avec 13 tubes acryliques transparents qui peuvent être remplis (ou vidés) d’eau salée sur demande. Un tube est situé au centre pour servir de monopôle entraîné (le signal radio est envoyé via un disque de cuivre à la base du tube). Autour d’elle se trouvent 12 monopôles dits parasitaires. Lorsque seul le monopôle entraîné est excité, cela crée un signal omnidirectionnel. Mais les 12 monopôles restants, lorsqu’ils sont remplis d’eau, travaillent ensemble pour agir comme réflecteurs et donner la direction du signal diffusé.
« La partie la plus difficile de la conception de cette antenne est de savoir comment contrôler de manière efficace et efficiente les monopôles parasites de l’eau « , explique Lei Xing. Pour ce faire, son équipe a mis au point un système de contrôle des liquides à l’aide de micropompes qui, selon elle, peut être appliqué à d’autres antennes ou réseaux d’antennes à liquide.
« La caractéristique attrayante de l’utilisation des monopôles à eau est que la hauteur d’eau et l’état d’activation peuvent être réglés dynamiquement grâce à des techniques microfluidiques, qui offrent une plus grande souplesse de conception que les antennes métalliques « , explique Lei Xing. « Plus important encore, l’antenne peut être totalement « éteinte » quand elle n’est pas utilisée. »
Lorsque l’antenne est complètement éteinte et vidangée, elle est presque indétectable par radar. En revanche, cet effet est difficile à obtenir avec des antennes métalliques.
La plage de fonctionnement de 334 MHz à 488 MHz de la nouvelle antenne en fait un candidat prometteur pour les applications à très haute fréquence telles que l’IoT et les applications maritimes, indique Lei Xing. Une des limites des antennes en eau salée, note-t-elle, est que la permittivité de l’eau salée (une mesure de la façon dont elle interagit avec les champs électriques) est sensible aux variations de température. Lei Xing dit qu’elle a l’intention de continuer à explorer diverses conceptions d’antennes à base de liquide pour aller de l’avant.
https://ieeexplore.ieee.org/document/8822465
https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=7727
