双9 1/2'Tropo散射微波菜肴的特写景观。它们是TRC-170三重散射微波系统的快速反应天线,该系统将数据发送到空中作战中心和联合力量空中命令。

[上图]美国空军用来发送数据的微波菜肴的示例。如果这些微波系统可以通过电子方式打开和关闭而不是手动打开,则可以减少信号干扰。信用:美国国家档案馆

虽然“微波炉”一词可能使顽皮的年轻人想起了他们看过棉花糖的时代越来越大在其微波炉内部,直到棉花糖最终爆炸,“微波炉”一词为传播专家带来了完全不同的形象。传播专家使用的是微波烤箱中使用的高功率微波较低的微波发送所有类型的信息,包括音频和视频。

但是,像其他类型的无线通信系统一样,微波系统受到干扰的影响。一部分干扰是由于微波系统中使用的介电材料。电介质材料是可以两极化的绝缘体,如果用于处理微波信号的介电材料过于很好地吸收微波能量(从技术上讲,具有很高的损失切线)或如果介电材料的谐振频率容易受到温度变化的影响,则微波系统会受到干扰。

科学家发现方法为了提高介电材料的性能,但是微波通信系统体验干扰的另一个原因来自于同时运行的许多微波系统。当前,必须打开和关闭未使用的微波系统,以最大程度地减少信号干扰。如果可以开发一种开发多个系统开机和关闭多个系统而不是手动开发的方法,那么协调发送和接收信号的时间以最大程度地减少干扰的时间将要容易得多。

在最近出版的,艾克斯(Acers)成员兼固态科学教授内森·纽曼(Nathan Newman)及其在亚利桑那州立大学的研究小组展示了一种可以通过电子方式打开和关闭微波通信系统的方式。在过去的几年中,纽曼一直在研究电介质材料的基本属性,这篇最新的论文以他先前的研究为基础,以便为手动切换提供了这种可能的解决方案。

早在2012年,纽曼和他的小组出版了表明介电材料的损耗切线最受电子自旋激发或通过电子运动产生磁场的影响。在当前的论文中,对旋转激发对损失切线值的影响的知识用于创建一种以电子方式打开和关闭微波系统的方法。

通常,将电介质从低损耗切换到高损耗切线(从“ ON”状态到“ OFF”状态)需要非常大且笨重的电磁体来产生数千个高斯的磁场。但是纽曼和他的小组发现,如果将介电材料掺入少量的磁元素(例如镍和铁),则将其引入介电材料的原子结构中,从而使介电材料被“打开”和“ OFF”介绍。”通过将磁场应用于几百个高斯。这种技术将介电材料“ ON”和“ OFF”作品转动的原因是因为添加磁元素会改变旋转激发(或电子如何移动)在介电材料中。

纽曼在电话采访中说,该技术将与任何介电材料一起使用。他的小组使用了介电材料氧化铝(Al2o3)用铁掺杂(fe3+)证明原则的证明。

尽管这项研究是在绝对零的温度下进行的,但纽曼及其小组正在努力在室温或接近室温下实现相似的介电材料性能。如果在较高的温度下达到相同的效果,纽曼说,微波通信系统可能会在两到三年内革命。

纽曼已申请了这项研究的专利。

该论文发表在应用物理信, 是 ”使用低场电子顺磁共振转换将微波介电谐振器从状态上的高Q切换到OFF状态”(doi:10.1063/1.5042226)。

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