受科幻啟發！可變形天線問世，單一天線功能勝過多個傳統天線

美國約翰霍普金斯大學應用物理實驗室 (APL) 的研究團隊開發出一款突破性的可變形天線，其設計靈感來自詹姆斯·S·A·科里的科幻小說《太空無垠》(The Expanse) 中能變形以執行不同功能的外星科技。

這款天線採用形狀記憶合金製成，可透過加熱或冷卻改變形狀，有效工作頻率範圍涵蓋 4 至 11 GHz，單一天線即可執行多個傳統天線的功能，為無線通訊領域帶來革命性的進展。

形狀決定功能，變形天線拓展無限可能

傳統天線的形狀決定了其工作頻率、波束寬度和極化等關鍵特性，因此設計用途固定。APL 電氣工程師 Jennifer Hollenbeck 從《太空無垠》小說中獲得靈感，設想開發一款能夠根據通訊需求動態調整形狀的天線，藉此提升天線的功能性。

▲ 這個天線原型已配置好進行測試，它包含一個可以變形以處理多個頻率的元件。圖片來源：Johns Hopkins Applied Physics Laboratory

為實現這個目標，研究團隊採用了4D 列印技術和鎳鈦合金 (nitinol)。4D 列印技術是指使用可對刺激 (如加熱) 產生形狀變化的材料進行 3D 列印，而鎳鈦合金正是這種形狀記憶合金。

APL 的機械工程師和材料科學家安迪·藍儂（Andy Lennon）開發出一種 3D 列印鎳鈦合金的方法，使團隊能夠直接列印複雜的雙螺旋結構，並在其中嵌入加熱元件，實現天線形狀的快速轉換。

為避免加熱元件的電流干擾天線的訊號傳輸，射頻和微波設計工程師麥可·薛本（Michael Sherburne）設計了特殊的導線幾何形狀，有效阻隔訊號向電源線傳播，確保天線性能。

研究團隊在《ACS 應用工程材料》期刊上發表論文指出，這款可變形天線可在幾秒鐘內從扁平螺旋狀轉變為錐形，並在 4 至 11 GHz 頻率範圍內實現約 5 分貝的穩定訊號強度。

這種可重構天線的應用前景十分廣闊，尤其是在6G 無線通訊領域。由於 6G 設備需要在多個頻段工作，傳統上需要多個天線才能實現，而可變形天線則可完美解決這個問題。

相較於另一種實現天線重構的技術——超穎表面（metasurface），可變形天線具有更寬的工作頻率範圍和更高的訊號強度，但回應速度相對較慢。

超穎表面技術利用微小的反射元件陣列，透過電子方式調整訊號反射，具有快速、輕巧的優勢，但功耗較高且工作頻率範圍較窄。

APL 研究團隊認為，兩種技術各有優缺點，適用於不同的應用場景。超穎表面技術適合需要快速反應和輕量化設計的應用，而可變形天線則更適合需要在廣泛頻率範圍內實現高性能的應用。

總而言之，這款受科幻啟發的可變形天線，為無線通訊技術的發展帶來了新的可能性，其未來應用令人期待。