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SLAC開發了新穎的緊湊型天線，用於無線電發生故障時的通信，這種新型袖珍天線可以在傳統無線電無法工作的情況下做到移動通信，例如在水下，通過地面以及通過空氣的很長距離。

SLAC國家加速器實驗室開發的一種新型袖珍天線可以在傳統無線電無法工作的情況下（如水下）通過移動通信地面和通過空氣的很長距離。

該裝置發射波長為數十至數百英里的極低頻（VLF）輻射。這些波在地平線上長距離傳播，可以穿透阻擋波長較短的無線電波的環境。雖然今天最強大的VLF技術需要巨大的發射器，但這種天線只有四英寸高，因此它可能用於需要高機動性的任務，包括救援和防禦任務。

「我們的設備效率也提高了數百倍，並且可以比以前同等尺寸的設備更快地傳輸數據，」SLAC的項目首席研究員Mark Kemp表示。 「它的性能突破了技術上可行的極限，並將便攜式VLF應用程序，例如在具有挑戰性的情況下發送短文本，觸手可及。」

用於極低頻（VLF）傳輸的新型緊湊型天線，由SLAC開發和測試，由4英寸長的壓電晶體（中心的透明桿）組成，可產生VLF輻射。

圖片來源：Dawn Harmer / SLAC國家加速器實驗室

SLAC主管的團隊今天在Nature Communications報導了他們的結果。

一個相當大的挑戰

在現代通信中，無線電波通過空氣傳輸信息，用於無線電廣播，雷達和導航系統以及其他應用。但是更短波長的無線電波有其局限性：它們傳輸的信號在很長的距離內變弱，不能通過水傳播，很容易被巖石層阻擋。

相比之下，VLF輻射的波長越長，它就能通過地面和水行進數百英尺，並通過空氣穿越地平線數千英里。

然而，VLF技術也面臨著重大挑戰。當天線的大小與其發射的波長相當時，天線效率最高; VLF的長波長需要能夠延伸數英里的巨大天線陣列。較小的VLF發射器效率低得多，重量可達數百磅，限制了它們作為移動設備的預期用途。另一個挑戰是VLF通信的低帶寬，這限制了它可以傳輸的數據量。

新天線的設計考慮了這些問題。其緊湊的尺寸可以構建重量僅為幾磅的變送器。在從發射器向100英尺外的接收器發送信號的測試中，研究人員證明他們的設備產生的VLF輻射效率比以前的緊湊型天線高300倍，並且帶寬幾乎是帶寬的100倍。

「這項技術有許多激動人心的潛在應用，」Kemp說。「我們的設備針對空中遠程通信進行了優化，我們的研究正在研究該方法背後的基礎科學，以尋找進一步增強其功能的方法。」

圖片來源：Greg Stewart / SLAC國家加速器實驗室機械天線

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。該機械應力觸發振蕩電流（箭頭），其電磁能然後作為VLF輻射（藍色波）發射。可以在操作期間切換設備以調整發射的輻射的波長並優化設備可以傳輸數據的速率。

為了產生VLF輻射，該裝置利用所謂的壓電效應，其將機械應力轉換為電荷的累積。

研究人員使用壓電材料的棒狀晶體鈮酸鋰作為天線。當它們向桿施加振蕩電壓時，它振動，交替收縮和膨脹，並且這種機械應力觸發振蕩電流，其電磁能隨後作為VLF輻射發射。

電流源於電荷在桿上上下移動。 在傳統天線中，這些運動接近與它們產生的輻射波長相同的尺寸，並且更緊湊的設計通常需要比天線本身更大的調諧單元。 另一方面，新方法「允許我們有效地激發波長遠大於晶體運動的電磁波，而沒有大調諧器，這就是為什麼這種天線如此緊湊，」Kemp說。

研究人員還發現了一種巧妙的調整發射輻射波長的方法，他說：「我們在操作過程中反復切換波長，這使我們能夠以大帶寬進行傳輸。這是做到數據傳輸速率超過100的關鍵。 每秒位數 – 足以發送簡單的文本。「

網友KQ6XA點評：

我們這些曾在LF和超聲/超聲波行業工作過的人對壓電元件發出的電磁輻射（無線電波）有些熟悉。

他們已經在這里採取了這一原則，並且大大放大了這個效果。

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：

鈮酸鋰壓電棒固定在夾具中（頂部有金屬環形線圈以形成磁場）。夾具可以在真空或絕緣氣體容器內。壓電桿通過函數發生器激勵用作振蕩器 – 發射器 – 天線。壓電桿在35 kHz附近機械/聲學振蕩。它還以大約35 kHz的頻率輻射電磁波（無線電波）。可以在一定距離處拾取無線電波這種在LF處使用壓電作為微型發射天線的方法似乎比相同尺寸的傳統微型發射天線更有效。晶體上產生的電壓為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。對於2FSK，壓電元件的振蕩器自諧振通過繼電器/電容電路與函數發生器同步拉至~7 Hz。波特率慢顯示頻移鍵控。文章中顯示了一些2FSK符號率：每秒0.2個符號每秒4個符號每秒100個符號