Antenne trasparenti: la tecnologia del mimetismo

Nel corso degli ultimi decenni la corsa all'integrazione si è manifestata nella ricerca di soluzioni di progetto volte alla continua riduzione delle dimensioni dei dispositivi elettronici, parallelamente alla necessità di prestazioni sempre maggiori. Nelle nostre mani sono arrivati dispositivi sempre più piccoli e portatili, frutto di rivoluzioni nell'ambito della progettazione, dei processi e dei materiali utilizzati. In questo articolo esploriamo le proprietà di un materiale molto particolare e vediamo la sua innovativa applicazione nell'ambito delle antenne trasparenti.

Come ogni progetto, quello di un antenna è vincolato a specifiche tipiche dell'ambito in cui si opera e caratteristiche della particolare applicazione. L'antenna deve avere le dimensioni giuste per risuonare alle frequenze di interesse, pertanto un modello di antenna può rivelarsi una scelta migliore di un'altra a seconda del contesto e dello spazio che si può occupare (con riferimento, nella fattispecie, alle antenne stampate su una PCB). Tra le varie alternative, già a partire dalla fine del secolo scorso, si è rivelata attuabile l'idea di riutilizzare lo spazio a disposizione. Come? Un esempio è stampare antenne trasparenti sui display dei dispositivi o delle strumentazioni (si pensi ad esempio ad apparecchiature biomedicali in grado di comunicare tra loro), oppure applicando le medesime antenne sulle celle solari di piccoli satelliti, dei quali si semplificherebbe in parte il progetto, con le relative conseguenze. La possibilità di un'antenna trasparente deriva direttamente dall'utilizzo di un materiale che conservi buone proprietà elettriche e, allo stesso tempo, buone proprietà di trasparenza ottica.
Passiamo dunque ad indagare le caratteristiche dei materiali conduttivi, per capire se e come sia possibile ottenere tale risultato.

Il legame tra la conducibilità e la trasparenza

Per la descrizione dei fenomeni elettrici all'interno di un materiale conduttivo, risulta conveniente l'utilizzo del modello di Drude. Consideriamo un materiale omogeneo ed isotropo (in cui i fenomeni elettrici non hanno direzioni preferenziali), sotto l'azione di un campo elettrico E, possiamo assumere che sugli elettroni di conduzione, non vincolati ad alcun nucleo atomico, agiscano una forza elettrica ed una forza dissipativa di smorzamento. Il secondo principio della dinamica ci permette di scrivere l'equazione differenziale del moto dell'elettrone, da cui, ponendoantito1in cui J è il vettore della densità di corrente, n è la concentrazione di elettroni che concorrono alla corrente, q è la carica elementare (1,6 x 10-19 C) e v [...]

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