伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校与宾夕法尼亚州立大学的研究团队近期展示了一种受折纸启发的可折叠电磁波导结构，该结构可实现折叠、展开、弯曲和扭转，同时保持与刚性矩形波导相当的微波传输性能。

这项发表于 Springer Nature 的研究致力于解决航天器、海军平台等空间受限系统中传统刚性波导几何固定、难以收纳和重新配置的问题。



研究采用 WR-284 标准波导，适用于 2.60–3.95 GHz 的 S 波段频率。原型使用纸和铝箔层压材料制作，铝箔作为导电内表面，通过实验和仿真验证了电磁可行性。

其中一种可折叠直波导设计灵感来自纸质购物袋结构，可在展开时保持标准接口，折叠后长度缩短72%，插入损耗仅略高于刚性波导，仍处于可接受范围。



另一种波纹管波导设计支持连续长度变化和可控弯曲，可重构为直通、E弯和H弯等常用微波路由形态。压缩状态下长度减少59%，仿真与实测损耗均接近实用标准。

研究人员还开发了可扭转的折纸波导，能够在轴向展开的同时实现90度极化旋转。运动学模型支持针对特定旋转角度进行长度设计，仿真显示其传播性能稳定。



实验中发现，手动折叠导致的部分几何不规则性引入了额外损耗。作者指出，采用高精度制造方法——例如导电材料的增材制造——有望减少此类偏差，提升性能一致性。



在微波功率传输实验中，折纸波导成功将能量传递至整流二极管-LED负载，展示了其实际应用潜力。场仿真确认折叠不连续性未显著激发高阶模式，传播过 程稳定。



该项研究由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校航空航天工程系的 Nikhil Ashok、Sangwoo Suk 和宁欣，以及宾夕法尼亚州立大学的 Sven G. Bilén 合作完成。

研究团队指出，此类折纸波导尤其适用于波导尺寸较大且收纳效率至关重要的场景，如卫星通信和可重构天线系统。而在小型设备中，传统刚性波导仍更具实用性。