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美国SLAC国家加速度计实验室研制出甚低频紧凑型天线
2019-04-15

    [据SLAC国家加速度计实验室官网2019年4月12日报道]在DARPA“变形虫”项目(AMEBA)资助下,美国能源部下属SLAC国家加速计实验室联合SRI国际公司、古奇·休?#26500;?#20844;司研制出口袋大小的新型天线,可在传统无线电信号无法工作的场合实现移动通信能力,如水下、穿地及远距离空?#22411;?#20449;。该器件能够发射甚低频(VLF)无线电波。这种电波的波长达到数十到数百英里,可实现超视距远距离传播,并且对障碍物的穿透能力远强于短波信号。此前,最先进的甚低频?#38469;?#38656;要庞大的发射装置,而新研发的天线仅4英寸高,?#22411;?#29992;于满足对机动性要求比较高的任务需求,如救援和国防任务。SLAC该项目首席研究?#21271;?#31034;,新研天线的效率是此前同类设备的数百倍,数据传输速?#23460;?#27604;此前同类设备高,它的性能超越了?#38469;?#26497;限,使便携式VLF应用成为可能,如在恶劣条件下发送短消息。

    在现代通信中,无线电波通过空气介质进行信息传输,如无线电广播、雷达和导航?#20302;?#31561;应用。但短波信号衰减快,不?#35270;?#20110;远距离传输,也无法在水中传播,且极易被?#20063;?#38459;挡。相反,VLF无线电的波长较长,可穿过数百英尺的地面和水面,在空气中的传播距离可达数千英里。但由于天线尺寸与发射波的波长相当时,发射效率最高,VLF发射机需要数英里长的巨型天线阵;小型甚低频发射机的效?#23460;?#20302;很多,重量要达到数百磅,制?#35745;?#26080;法用于移动设备。同时,VLF通信的带宽很低,数据传输容量十分有限。这种天线体积小,用它研制的发射机,重量可能只有几磅。测?#21592;?#26126;,这种天线的收发距离达到100英尺。与以往的紧凑型天线相比,VLF无线电波的发射效率提高300倍,数据传输带宽提高100倍。

    新研天线发射VLF信号的原理基于压电效应,将机械应力转化为电荷的积累。研究人员使用棒状铌酸锂压电晶体材?#29486;?#20026;天线。对晶体棒施加振荡电压时,会产生振动,利用这种交替的收缩和膨胀触发振荡电流,便会以VLF无线电波的形式释放出电磁能量。电流是由沿棒上下移动的电荷产生的,因此传统天线的尺寸需要与辐射波长相当,而紧凑型天线设计通常需要比天线本身更大的调谐单元。这?#20013;?#30340;方法能?#34892;?#28608;发电磁波,发射波的波长远大于沿晶体运动的行程,并且无需大型调谐设备。研究人员还发现一种调整发射辐射波长的新方法,可使数据传输速率超过100bps,足以发送一条简单的文本。(中国船舶信息中心 张晓 彭飞)

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