УДК 621.396.67:539.23
Авторы: Колесник А. В., Паслён В. В.
Источник: Сборник тезисов XXI международной молодежной научно-практической конференции Человек и космос
. — Днепр, 2019. — с. 216.
Эффективность тонких металлических антенн ограничена параметром, называемым глубиной скин-слоя, которая представляет собой толщину материала, где электрический ток высокой частоты протекает с наибольшей эффективностью.
Таким образом, для уменьшение массогабаритных характеристик антенн необходимо применение альтернативных материалов с малой глубиной скин-слоя, например наноматериалов. Среди всех рассматриваемых двумерных материалов, которые сейчас известны, MXene пленки карбида титана имеют самую высокую удельную электрическую проводимость (до 5000...10000 См⁄см) [1], что выше, чем у других двумерных материалов, известных на данный момент.
Цель работы — выявить возможность и целесообразность использования нанопленок карбида титана в антенной технике.
В исследованиях 2018 года учеными университета Дрекселя были созданы первые гибкие дипольные антенны MXene с толщиной от 62 нм до 1,4 мкм, распыленные на листах полиэтилентерефталата (ПЭТ), работающие в полосах частот Wi-Fi и Bluetooth (2,4 ГГц). Основные характеристики дипольной антенны толщиной 1,4 мкм: сопротивление листа напыленной пленки R=0,77 Ом/кв; коэффициент усиления G=1,7 дБ; коэффициент обратных потерь S11=-36 дБ [1], что превосходит графен размером 12 мкм или печатные серебряные чернила. Проведенное учеными электродинамическое моделирование показало совпадение моделируемых параметров антенны с полученными экспериментально.
Из рассмотренного выше можно сделать вывод, что использование нанопленок карбида титана в антенной технике возможно и технически реализуемо, более того, распыление нанопленки Ti3C2 на полимерной подложке должно позволить конструировать оптически прозрачные и гибкие антенны. Такие антенны будут иметь меньший вес и объем, и технические характеристики сравнимые с антеннами из металла. Благодаря наличию большого количества программных продуктов электродинамического моделирования имеется возможность в большом объеме исследовать антенны на основе нанопленок Ti3C2 без создания физической модели, а также значительных временных и финансовых затрат. Это позволит выявить какие именно антенны стоит конструировать в действительности, а какие — нет, а также все их недостатки и преимущества. В настоящее время на кафедре радиотехники и защиты информации проводятся работы по созданию модели антенны на основе нанопленки Ti3C2 в программном продукте CST Microwave Studio.
1. Asia Sarycheva. 2D titanium carbide (MXene) for wireless communication / Asia Sarycheva, Alessia Polemi, Yuqiao Liu, Kapil Dandekar, Babak Anasori, Yury Gogotsi // Science Advances. — 2018. — Vol. 4, No. 9.