Criada uma antena no irradiante

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 11/08/2021

Antena que no irradia

Fsicos criaram o que pode parecer uma contradio nos prprios termos: uma antena no-irradiante.

Uma antena um componente para irradiar ondas eletromagnticas, principalmente para ondas na frequncia de rdio, mas aqui estamos falando de uma fonte no-radiante de eletromagnetismo.

Ao colocar antenas comuns dentro de um disco dieltrico oco, os pesquisadores exploraram fenmenos de interferncia para criar um “meta-tomo” no-radiativo que mantm as ondas em um espao delimitado, conhecido como campo prximo, em vez de envi-las por longas distncias.

Longe de ser uma curiosidade cientfica, esta tcnica pode ter aplicaes em vrias reas, incluindo o sensoriamento e a transferncia de eletricidade sem fios.

Anapolos

Esmaeel Zanganeh, da Universidade ITMO, na Rssia, estava trabalhando nos chamados anapolos, do grego “sem plos” – esses campos eletromagnticos sem polaridade tm sido propostos at mesmo como uma potencial fonte da misteriosa matria escura.

O experimento consiste em uma antena irradiante comum colocada dentro de um disco espesso e oco, parecido com um rolo de fita adesiva. O disco feito de um dieltrico (isolante) de permissividade (capacidade de se polarizar em resposta a um campo eltrico) extremamente alta, o que permite que o disco seja menor do que o comprimento de onda da radiao que ele emite.

A ideia que as ondas eletromagnticas da antena interfiram destrutivamente com as ondas secundrias produzidas pela corrente eltrica induzida no disco, produzindo assim uma fonte no-irradiante. E deu certo, algo que ningum havia conseguido fazer at hoje.

Antena no radiante

O componente vertical medido e simulado das distribuies do campo eltrico prximo 1,5 cm acima da fonte no radiante.
[Imagem: Esmaeel Zanganeh et al. (2021)]

Zanganeh construiu uma antena dipolo de cobre, com 25 milmetros (mm) de comprimento e a colocou dentro de um disco isolante de 20 mm de dimetro. Na frequncia de ressonncia do disco – 375 MHz – a irradiao foi ligeiramente mais potente do que a antena isoladamente.

Contudo, quando o sistema foi posto para operar em uma frequncia um pouco mais alta – 411 MHz – a potncia irradiada foi 10 milhes de vezes menor do que a irradiao da antena sem cobertura – para todos os efeitos prticos, uma antena no-irradiante.

A equipe fez os testes tambm no campo magntico, usando uma antena magntica circular – tambm conhecida como antena loop, ela intercepta o campo magntico das ondas eletromagnticas. Do mesmo modo, quando a antena levada para longe de sua frequncia ressonante, a potncia magntica irradiada cai para perto de zero, embora a uma taxa menor – uma reduo de cerca mil vezes.

Os pesquisadores acreditam que sua antena no-radiante pode ter vrias aplicaes prticas, incluindo a deteco, identificao por radiofrequncia ou mesmo a transferncia de energia sem fios, escreveram eles.

Meta-tomos

Uma curiosidade que vale a pena ser lembrada que a antena no-irradiante um meta-tomo, uma espcie de tomo artificial que ocupa a mente da comunidade cientfica h dcadas.

Quando James Clerk Maxwell desenvolveu suas equaes sobre eletromagnetismo – que esto na base de toda a tecnologia moderna -, ficou claro que cargas eltricas em acelerao (eltrons) irradiam energia na forma de ondas eletromagnticas. Mas isso virou uma pedra no sapato para os fsicos do incio do sculo 20, que no entendiam como os tomos eram estveis se, ao seguir rbitas em torno dos ncleos atmicos, os eltrons deveriam perder energia eletromagntica continuamente.

A resposta para esse problema foi dada pelo modelo do tomo de Niels Bohr e pelo desenvolvimento da mecnica quntica – em particular, pela ideia de que os eltrons s podem ocupar certos nveis discretos de energia.

Foi a que alguns fsicos se perguntaram se seria possvel criar “meta-tomos” clssicos, objetos macroscpicos contendo correntes alternadas que confinam a energia eletromagntica que geram e, assim, evitam a emisso para o campo distante. Isso exigia a existncia de anapolos, momentos eletromagnticos sem quaisquer plos, previstos em 1957 por Yakov Zeldovich e demonstrados experimentalmente a partir dos anos 1990.

Em termos prticos, os anapolos podem ser gerados ajustando as distribuies de carga no tempo e no espao. Essas distribuies so representadas como uma srie de multipolares eltricos e magnticos semelhantes a pontos, cujas emisses interferem destrutivamente no campo distante, deixando a energia eletromagntica confinada em um pequeno espao ao redor das fontes. Exatamente como na antena no-radiante.

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