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美國SLAC國家加速度計實驗室研制出甚低頻緊湊型天線
2019-04-15

    [據SLAC國家加速度計實驗室官網2019年4月12日報道]在DARPA“變形蟲”項目(AMEBA)資助下,美國能源部下屬SLAC國家加速計實驗室聯合SRI國際公司、古奇·休斯古公司研制出口袋大小的新型天線,可在傳統無線電信號無法工作的場合實現移動通信能力,如水下、穿地及遠距離空中通信。該器件能夠發射甚低頻(VLF)無線電波。這種電波的波長達到數十到數百英里,可實現超視距遠距離傳播,并且對障礙物的穿透能力遠強于短波信號。此前,最先進的甚低頻技術需要龐大的發射裝置,而新研發的天線僅4英寸高,有望用于滿足對機動性要求比較高的任務需求,如救援和國防任務。SLAC該項目首席研究員表示,新研天線的效率是此前同類設備的數百倍,數據傳輸速率也比此前同類設備高,它的性能超越了技術極限,使便攜式VLF應用成為可能,如在惡劣條件下發送短消息。

    在現代通信中,無線電波通過空氣介質進行信息傳輸,如無線電廣播、雷達和導航系統等應用。但短波信號衰減快,不適用于遠距離傳輸,也無法在水中傳播,且極易被巖層阻擋。相反,VLF無線電的波長較長,可穿過數百英尺的地面和水面,在空氣中的傳播距離可達數千英里。但由于天線尺寸與發射波的波長相當時,發射效率最高,VLF發射機需要數英里長的巨型天線陣;小型甚低頻發射機的效率要低很多,重量要達到數百磅,制約其無法用于移動設備。同時,VLF通信的帶寬很低,數據傳輸容量十分有限。這種天線體積小,用它研制的發射機,重量可能只有幾磅。測試表明,這種天線的收發距離達到100英尺。與以往的緊湊型天線相比,VLF無線電波的發射效率提高300倍,數據傳輸帶寬提高100倍。

    新研天線發射VLF信號的原理基于壓電效應,將機械應力轉化為電荷的積累。研究人員使用棒狀鈮酸鋰壓電晶體材料作為天線。對晶體棒施加振蕩電壓時,會產生振動,利用這種交替的收縮和膨脹觸發振蕩電流,便會以VLF無線電波的形式釋放出電磁能量。電流是由沿棒上下移動的電荷產生的,因此傳統天線的尺寸需要與輻射波長相當,而緊湊型天線設計通常需要比天線本身更大的調諧單元。這種新的方法能有效激發電磁波,發射波的波長遠大于沿晶體運動的行程,并且無需大型調諧設備。研究人員還發現一種調整發射輻射波長的新方法,可使數據傳輸速率超過100bps,足以發送一條簡單的文本。(中國船舶信息中心 張曉 彭飛)

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