✍现在，盐水和塑料可以用来制作天线了！
他们代替金属形成无线电信号，这种新天线可以使甚高频和超高频信号的传送变得更加容易。
图1 通信基站的天线，白色的东东
✈那么什么是VHF和UHF信号？
图2 无线电频谱
日常生活中的电磁通信，都是依赖某种频率的电磁波，某段频率一旦划给某种通信系统使用，那么其他系统就不能使用了，否则会造成严重的干扰。
这样说来，频谱资源具有稀缺性，无法增加也不会减少，因此显得极度珍贵。
根据国际电信联盟定义，
目前人类可以识别使用的电磁波频率范围从3kHz~300GHz。
为了方便表述，3kHz~300GHz的频段根据频率高低被分成了：
VLH(甚低频)\LF(低频)\MF(中频）\HF(高频)\VHF(甚高频)\UHF(超高频)\EHF(极高频)和THF(太赫兹辐射)共8个部分。
『书归正传』
天线是个什么东东？
日常生活中，我们天天抱着手机，手机的网络信号就是靠基站的天线哦。
图3>
班长在前面的文章中，也提到了天线的原理，这里再简要复习一下：
中学物理中，我们学习过，当给两个金属极板（电容）通电后，就会在极板之间产生电场。
图4 电容在通电后，两个极板积聚电荷
如果此时换成交变的电流，那么就会产生变化的电场，变化的电场会产生磁场，磁场再产生电场.
图5 天线辐射的从弱到强
有了电场，就有了磁场，有了磁场，就有了电场，如此循环，就有了电磁场和电磁波┅
现在，我再把极板的角度“张开”一些，有助于“电磁场”向外“泄露”，这就形成了天线啦。
图6 电磁波的动态过程
产生电场的这两根直导线，就叫做振子。通常两臂长度相同，所以叫对称振子。
图7 天线的动态示意图
长度像下面这样的，叫半波对称振子。
图8 半波对称振子天线
用导电液体取代普通天线辐射单元所使用的金属材料所构成的天线。
图9 各种各样形状的天线振子，都是金属的
液体天线有使用离子液体作辐射单元的，也有采用液态金属或液晶材料的。
相比于传统的金属天线，液体天线能够在不施加压力的状态下变化成各种形状，弯折也不会导致材料疲劳，甚至能在被破坏之后自我修复并且能消除空气缝隙，具有巨大的优势和发展前景。
图10 终结者电影中的液态金属机器人
液态金属的研究从上世纪七十年代就开始了，主要运用军事领域。
图11 2017年美空军在“国防部实验室日”展示液态金属天线样机
上世纪九十年代末起，国外科学家开始重点研究镓合金，代替汞开展液态金属的机理探索和应用研究。
镓无毒，在手掌上就可化为液态，合金性能稳定，具有良好的介电性能和热胀冷缩性能。通过加入其他元素，可形成镓合金来调节熔点。
图12 液态金属
液态金属熔点极低，如镓铟合金的熔点只有-28℃，室温下呈液态，具有流动性，具备优良的导电性。
图13 液态金属天线工作原理
通过对天线中的液态金属施加拉普拉斯真空压力，可使其流动至微通道的不同位置，改变天线的物理结构(天线电路结构、形状)，可使液态金属天线的频率从吉赫兹频率转换至兆赫兹或太赫兹频率，实现按需调整天线频率。
而常规天线一般只能在固定频率范围内工作，无法动态改变频率。
液体天线
液体天线，并不是液体的天线：
这些天线使用流体金属发射和接收无线电信号，在需要甚高频或超高频频率(频率在30MHz至3000MHz之间)的情况下会非常有用。
他们相比传统的金属天线，往往体积很小、更容易重构。
由于这些原因，它们也正在被研究人员应用于物联网和5G。
现在，研究人员已经开发出一种先进的基于液体的天线系统，它依赖于一种现成的成分：盐水。
图14>
依靠盐水的液体金属天线有更多的好处，因为相比于液态金属，它是现成的、成本低、生态友好。
到目前为止，已经存在了几种盐水天线，但这些天线在波束引导和赋形方面存在缺陷。
图15 电磁波束主要向着一个用户覆盖
什么是波束赋形？
天线会朝着四面八方发射电磁波，如果能够将无线电信号的能量集中到给定的用户手机上，就意味着可以提高传输的范围和效率。
图16>
如果知道用户手机的位置，并确信它将保持不变，你可以简单地使用一个天线，它的形状主要是从一个方向发射能量并指向它。
但是如果接收器手机的位置不确定，或者它在移动，或者你想换一个不同的接收器，那么事情就变得很棘手。
在这种情况下，常常会引入一种叫做波束引导或波束赋性的技术。
Beam-steering or Beamforming
5G网络中将大规模的采用这种技术。
图17 天线主要覆盖写字楼区域，其他区域减少能量辐射
波束引导可以让你调整天线的焦点，而不必移动它来指向不同的方向。
它涉及到在天线处调整一组无线电波的相对相位：这些波可以在不需要的方向上相互抵消，并在你想要发送的方向上加强信号。
不同的波束模式或状态也是可能的。
例如，如果在一个给定的方向向多个接收器手机用户，发送相同的信号，你可能想要一个更宽的波束；
如果你只与一个用户手机相互，则需要一个更窄的波束。
一种新的盐水天线
然而，在最近发表的IEEE一篇文章中，南京航空航天大学的研究者们提出了一种新的盐水基天线。
它可以实现12个定向波束状态和一个全向状态。
它的圆形结构允许全量360度的波束转向，工作频率在334到488兆赫之间。
一根管子位于中心，作为驱动单极子(无线电信号通过管底部的铜盘馈入)。
周围是12个所谓的寄生单极子。
当只有驱动的单极子被激发时，这就产生了一个全向信号。
但剩下的12个单极，当充满水，一起工作作为反射器，并给出广播信号方向。
图18>
更重要的是，如果不使用，天线可以完全“关闭”。
当天线完全关闭和排水时，雷达几乎无法探测到。
击落美军无人机？原理学会了，就差个雷达系统了
相比之下，这种效果很难用金属天线实现。
新天线的工作范围为334兆赫至488兆赫，这使得它成为极高频天线(如物联网和海上应用)的一个有力竞争者。
但是，盐水天线也有一个限制：
盐水的介电常数(衡量它与电场的相互作用方式)对温度变化很敏感。
