Flat radar

En kuleformet antenne kan flatpakkes, og få plass i fly og biler.

Publisert
Øverst: Den flate Luneburger-antenna. Nederst: Simulering av radarbølger med radarsenderen plassert til høyre, i midten og til venstre under antenna. (Figur/foto: T.J. Cui/Southeast University Nanjing)
Øverst: Den flate Luneburger-antenna. Nederst: Simulering av radarbølger med radarsenderen plassert til høyre, i midten og til venstre under antenna. (Figur/foto: T.J. Cui/Southeast University Nanjing)

Det som opprinnelig var en kule, har blitt et flatt brett i laboratoriet til de kinesiske forskerne.

På brettet er et mønster av metallskiver med et varierende u-form.  Dette mønsteret gjør det mulig å gjenskape en spesiell type antenne, en Luneburger-antenne, i flat form.

Bilradar

- Denne typen antenner kan kanskje brukes i radarer om bord i fly, eller som antikollisjonsradar i biler, kommenterer Stein Arne Askeland, stipendiat i elektronikk ved Institutt for elektronikk og telekommunikasjon på NTNU.

Hans arbeider i sin doktorgrad med å gjøre slike bilradarer bedre, og opplyser at de blir vanligere og vanligere.

- De kan brukes til å holde en fast avstand til bilen foran i en såkalt adaptiv cruisekontroll, forteller Askeland.

- De kan også brukes til å aktivere bremser, eller til å stramme belter og aktivisere airbager hvis en kollisjon er uunngåelig, fortsetter han.

- En flat antenne vil kreve mindre plass. Dette er en fordel når den skal plasseres i støtfangeren eller grillen, sier Askeland.

Kuleformet linse

Luneburger-antennen ser vanligvis ut som en helt rund kule. Kula virker som en linse for radarstrålene, slik en glasslinse kan samle lys.

En kuleformet linse kan høres ut som en dårlig idé. En vanlig glasskule vil ikke klare å samle lyset slik en linse må, for eksempel i et kamera. Da må glasset slipes til en mer spesiell form enn en kule.

Men Luneburger-kula er ikke som andre kuler. Den består ikke av det samme glasset tvers igjennom. Tvert imot: Jo nærmere du kommer midten av kula, desto mer bryter den lyset.

Det fører til at lysstrålene samles nær overflaten på motsatt side av kula. Motsatt kan du plassere en lyskilde inntil kula på en side, og få ut en samlet lysbunt på den andre siden.

Virker i mange retninger

Radarbølger, radiobølger og lysbølger er samme type bølger, elektromagnetisk stråling. Bare bølgelengden er forskjellig.

Det betyr at du kan lage Luneburger-kuler som både sender og mottar radar- og radiobølger.

En Luneburgerkule gjør da samme jobben som for eksempel en parabolantenne. Men den har en stor fordel: Den trenger ikke å dreies for å skifte retning.

Samme Luneburgerkule kan ta imot og sende smale radar- og radiostråler i forskjellige retninger. Du trenger bare å flytte mottakeren eller senderen på motsatt side av overflaten til kula. Det er mye enklere enn å flytte hele antennen.

For en bilradar betyr det for eksempel at radaren enkelt kan sveipe over en stor vinkel foran bilen, nettopp en slik radar som Stein-Arne Askeland arbeider med å utvikle.

Metamateriale

Denne sylinderen er dekket av et metamateriale som får lysstrålene til å bøye av og samles på andre siden, som om sylinderen ikke var der. (Ill: forskning.no etter Matti Lassas)
Denne sylinderen er dekket av et metamateriale som får lysstrålene til å bøye av og samles på andre siden, som om sylinderen ikke var der. (Ill: forskning.no etter Matti Lassas)

Likevel har Luneburger-antenner en stor ulempe: Kulene tar plass. Det har Tie Jun Cui og kollegene hans ved Southeast University i Nanjing gjort noe med.

De små uformede metallstykkene i mønsteret de har laget, danner et metamateriale. Det er dette mønsteret som gir metamaterialet de spesielle egenskapene, ikke materialet i seg selv.

At slike metamaterialer kan påvirke radiobølger og i den siste tida også lys, har forskere vist flere ganger.

For eksempel har de klart å lage såkalte usynlighetsmaterialer. Der vil spesielle mønstre i materialet bøye lys eller radiobølger utenom, slik at det virker som om de passerer tvers gjennom materialet.

Referanse:

Xiang Wan et.al: A broadband transformation-optics metasurface lens, Applied Physics Letters, 104, 151601 (2014)