Nestemetalliantennien ominaisuudet ja käyttökohteet

Abstract

Langattoman tiedonsiirron määrä on kasvanut kiihtyvällä tahdilla viimeisten vuosien aikana 5G-verkkojen ja IoT-laitteiden (engl. Internet of Things) määrän kasvaessa. Laitteissa käytettävien antennien täytyy kehittyä, kun tiedonsiirron tarpeet muuttuvat ja monipuolistuvat. Esimerkiksi terveysteknologian puettavat ja implantoitavat laitteet ovat luoneet uusia vaatimuksia tiedonsiirrolle. Tällaiset laitteet voivat hyötyä antenneista, jotka mukautuvat kehon liikkeisiin sekä kestävät fyysistä rasitusta, kuten venytystä ja taivutusta. Nestemetalliantennit ovat yksi mahdollinen ratkaisu näiden vaatimusten toteuttamiseen.

Tässä kirjallisuuskatsauksessa perehdytään nestemetalliantennien ominaisuuksiin ja mahdollisiin käyttökohteisiin. Työssä esitellään antennien tärkeimpiä parametrejä, joiden avulla antennin toimintaa voidaan kuvata ja havainnollistaa. Lisäksi työssä perehdytään nestemetalliantennien erilaisiin valmistusmenetelmiin, mahdollisiin tulevaisuuden käyttökohteisiin sekä käytönaikaisiin säätömahdollisuuksiin.

Nestemetalliantennien valmistusmenetelmät voidaan jakaa kolmeen eri pääryhmään, joita ovat pehmeä- ja optinen litografia, 3D-tulostus ja ruiskutus. Näistä käytetyimpiä menetelmiä ovat pehmeä- ja optinen litografia. Tässä valmistusmenetelmässä luodaan muotti, jonka avulla antennin kuorena käytettävään materiaaliin muodostetaan uria tai onkaloita. Käytetyin materiaali antennin kuorena on polydimetyylisiloksaani (PDMS), joka on muun muassa lääketieteessä laajalti käytetty piipohjainen polymeeri. Antennin kuoren materiaali on merkittävässä roolissa määrittämässä esimerkiksi antennin fyysisen rasituksen sietokykyä. Antennin 3D-tulostus voidaan jakaa kahteen luokkaan, antennin kuoren tulostamiseen ja itse nestemetallin tulostamiseen. Nestemetalliantennien lupaavin käyttökohde on terveysteknologiassa hyödynnettävät puettavat ja implantoitavat laitteet. Näiden saralla on suoritettu eniten tutkimuksia ja tulokset ovat lupaavimpia. Yksi nestemetalliantennien houkuttelevista ominaisuuksista on käytönaikainen toiminnan säätö. Erilaisin menetelmin on mahdollista muun muassa säätää antennin toimintataajuutta sekä säteilykuviota. Toimintataajuuden säätöä voidaan hyödyntää esimerkiksi, kun halutaan korvata useampi antenni yhdellä antennilla. Säteilykuvion säätöä voidaan puolestaan hyödyntää esimerkiksi keilanohjauksessa.

Tämän kandidaatintyön perusteella nestemetalliantennit vaikuttavat todella lupaavalle teknologialle tietoliikenteen tulevaisuuden tarpeisiin. Nestemetalliantennit ovat kuitenkin vielä tutkimusvaiheessa eikä niillä siten ole kaupallisia sovellutuksia. Niiden käyttöönotto vaatii lisää tutkimustyötä, mutta yksinkertaisempia nestemetalliantenneja saatetaan nähdä kaupallisessa käytössä jo lähivuosien aikana.