美國SLAC國家加速器實驗室研製出甚低頻緊湊型天線

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據SLAC國家加速器實驗室官網4月12日報道，在DARPA「變形蟲」項目（AMEBA，又稱「機械天線」項目）資助下，美國能源部下屬SLAC國家加速器實驗室聯合SRI國際公司、古奇?休斯古公司研製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，並且對障礙物的穿透能力遠強於短波信號。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，有望用於對機動性要求比較高的任務。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，它的性能超越了目前的技術極限，使攜帶型VLF應用成為可能。

圖1 甚低頻緊湊型天線

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，不適用於遠距離傳輸，也無法在水中傳播，且極易被岩層阻擋。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。但傳統VLF天線尺寸與波長相當，發射機需要數英里長的巨型天線陣，制約其無法用於機動平台，且該頻段的通信帶寬很低，數據傳輸容量十分有限。而新研天線體積小，用它研製的發射機，重量可能只有幾磅。測試表明，該天線可達到一定的收發距離。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。

圖2 工作原理演示

新研天線發射VLF信號的原理基於壓電效應，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（即圖1中棒狀透明物）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，發射波的波長遠大於沿晶體運動的行程，並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。

動態演示

（藍海星：張旭 朱鵬飛）

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