SLAC開(kāi)發(fā)了新穎的緊湊型天線，用于無(wú)線電發(fā)生故障時(shí)的通信 這種新型袖珍天線可以在傳統(tǒng)無(wú)線電無(wú)法工作的情況下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信，例如在水下，通過(guò)地面以及通過(guò)空氣傳輸很長(zhǎng)距離。
SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一種新型袖珍天線可以在傳統(tǒng)無(wú)線電無(wú)法工作的情況下（如水下）通過(guò)移動(dòng)通信地面和通過(guò)空氣的很長(zhǎng)距離。
該裝置發(fā)射波長(zhǎng)為數(shù)十至數(shù)百英里的極低頻（VLF）輻射。這些波在地平線上長(zhǎng)距離傳播，可以穿透阻擋波長(zhǎng)較短的無(wú)線電波的環(huán)境。雖然今天最強(qiáng)大的VLF技術(shù)需要巨大的發(fā)射器，但這種天線只有四英寸高，因此它可能用于需要高機(jī)動(dòng)性的任務(wù)，包括救援和防御任務(wù)。
“我們的設(shè)備效率也提高了數(shù)百倍，并且可以比以前同等尺寸的設(shè)備更快地傳輸數(shù)據(jù)，”SLAC的項(xiàng)目首席研究員Mark Kemp表示。 “它的性能突破了技術(shù)上可行的極限，并將便攜式VLF應(yīng)用程序，例如在具有挑戰(zhàn)性的情況下發(fā)送短文本，觸手可及。”
用于極低頻（VLF）傳輸?shù)男滦途o湊型天線，由SLAC開(kāi)發(fā)和測(cè)試，由4英寸長(zhǎng)的壓電晶體（中心的透明桿）組成，可產(chǎn)生VLF輻射。
圖片來(lái)源：Dawn Harmer / SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室
SLAC領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)今天在Nature Communications報(bào)道了他們的結(jié)果。
一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)
在現(xiàn)代通信中，無(wú)線電波通過(guò)空氣傳輸信息，用于無(wú)線電廣播，雷達(dá)和導(dǎo)航系統(tǒng)以及其他應(yīng)用。但是更短波長(zhǎng)的無(wú)線電波有其局限性：它們傳輸?shù)男盘?hào)在很長(zhǎng)的距離內(nèi)變?nèi)酰荒芡ㄟ^(guò)水傳播，很容易被巖石層阻擋。
相比之下，VLF輻射的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，它就能通過(guò)地面和水行進(jìn)數(shù)百英尺，并通過(guò)空氣穿越地平線數(shù)千英里。
然而，VLF技術(shù)也面臨著重大挑戰(zhàn)。當(dāng)天線的大小與其發(fā)射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，天線效率最高; VLF的長(zhǎng)波長(zhǎng)需要能夠延伸數(shù)英里的巨大天線陣列。較小的VLF發(fā)射器效率低得多，重量可達(dá)數(shù)百磅，限制了它們作為移動(dòng)設(shè)備的預(yù)期用途。另一個(gè)挑戰(zhàn)是VLF通信的低帶寬，這限制了它可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
新天線的設(shè)計(jì)考慮了這些問(wèn)題。其緊湊的尺寸可以構(gòu)建重量?jī)H為幾磅的變送器。在從發(fā)射器向100英尺外的接收器發(fā)送信號(hào)的測(cè)試中，研究人員證明他們的設(shè)備產(chǎn)生的VLF輻射效率比以前的緊湊型天線高300倍，并且?guī)拵缀跏菐挼?00倍。
“這項(xiàng)技術(shù)有許多激動(dòng)人心的潛在應(yīng)用，”Kemp說(shuō)?！拔覀兊脑O(shè)備針對(duì)空中遠(yuǎn)程通信進(jìn)行了優(yōu)化，我們的研究正在研究該方法背后的基礎(chǔ)科學(xué)，以尋找進(jìn)一步增強(qiáng)其功能的方法。”
新型緊湊型超低頻（VLF）天線的原理。它由壓電材料的棒狀晶體，鈮酸鋰（中心）組成。施加在桿底部的振蕩電壓（紅波）使其振動(dòng)。該機(jī)械應(yīng)力觸發(fā)振蕩電流（箭頭），其電磁能然后作為VLF輻射（藍(lán)色波）發(fā)射。可以在操作期間切換設(shè)備以調(diào)整發(fā)射的輻射的波長(zhǎng)并優(yōu)化設(shè)備可以傳輸數(shù)據(jù)的速率。
圖片來(lái)源：Greg Stewart/SLAC 國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室機(jī)械天線
為了產(chǎn)生VLF輻射，該裝置利用所謂的壓電效應(yīng)，其將機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電荷的累積。
研究人員使用壓電材料的棒狀晶體鈮酸鋰作為天線。當(dāng)它們向桿施加振蕩電壓時(shí)，它振動(dòng)，交替收縮和膨脹，并且這種機(jī)械應(yīng)力觸發(fā)振蕩電流，其電磁能隨后作為VLF輻射發(fā)射。
電流源于電荷在桿上上下移動(dòng)。 在傳統(tǒng)天線中，這些運(yùn)動(dòng)接近與它們產(chǎn)生的輻射波長(zhǎng)相同的尺寸，并且更緊湊的設(shè)計(jì)通常需要比天線本身更大的調(diào)諧單元。 另一方面，新方法“允許我們有效地激發(fā)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于晶體運(yùn)動(dòng)的電磁波，而沒(méi)有大調(diào)諧器，這就是為什么這種天線如此緊湊，”Kemp說(shuō)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種巧妙的調(diào)整發(fā)射輻射波長(zhǎng)的方法，他說(shuō)：“我們?cè)诓僮鬟^(guò)程中反復(fù)切換波長(zhǎng)，這使我們能夠以大帶寬進(jìn)行傳輸。這是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)100的關(guān)鍵。 每秒位數(shù) - 足以發(fā)送簡(jiǎn)單的文本?！?/span>
source:
phys.org/news/2019-04-slac-compact-antenna-radios.html
網(wǎng)友KQ6XA點(diǎn)評(píng)：
我們這些曾在LF和超聲/超聲波行業(yè)工作過(guò)的人對(duì)壓電元件發(fā)出的電磁輻射（無(wú)線電波）有些熟悉。
他們已經(jīng)在這里采取了這一原則，并且大大放大了這個(gè)效果。
恭喜：Mark A. Kemp，Matt Franzi，Andy Haase，Erik Jongewaard，Matthew T. Whittaker，Michael Kirkpatrick和Robert Sparr！
從瀏覽文章中剔除了一些事實(shí)：
鈮酸鋰壓電棒固定在夾具中（頂部有金屬環(huán)形線圈以形成磁場(chǎng)）。
夾具可以在真空或絕緣氣體容器內(nèi)。
壓電桿通過(guò)函數(shù)發(fā)生器激勵(lì)用作振蕩器 - 發(fā)射器 - 天線。
壓電桿在35 kHz附近機(jī)械/聲學(xué)振蕩。
它還以大約35 kHz的頻率輻射電磁波（無(wú)線電波）。
可以在一定距離處拾取無(wú)線電波
這種在LF處使用壓電作為微型發(fā)射天線的方法似乎比相同尺寸的傳統(tǒng)微型發(fā)射天線更有效。
晶體上產(chǎn)生的電壓為125 kV。
輸入電壓為5.3 V.
輸入阻抗為110Ω
平均功耗為120 mW。
壓電的Q值約為300,000或更高。
對(duì)于2FSK，壓電元件的振蕩器自諧振通過(guò)繼電器/電容電路與函數(shù)發(fā)生器同步拉至~7 Hz。
波特率慢顯示頻移鍵控。
文章中顯示了一些2FSK符號(hào)率：
每秒0.2個(gè)符號(hào)
每秒4個(gè)符號(hào)
每秒100個(gè)符號(hào)
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