Kompaktia pitkäaaltoista viestintää

Uudenlainen VLF-antenni koostuu pietsosauvasta, johon kohdistuu värähtelevä sähköjännite. Pietsoilmiön synnyttämä sähkömagneettinen energia vapautuu VLF-säteilynä. Antennia voidaan myös moduloida toiminnon aikana optimoimaan nopeutta, jolla se voi lähettää dataa.

Stanfordin SLAC National Accelerator Laboratoryssä kehitetty uuden tyyppinen antenni voisi mahdollistaa liikkuvan viestinnän tilanteissa, joissa tavanomaiset radiot eivät toimi, kuten veden alla, maanpinnan läpi ja hyvin pitkillä välimatoilla ilmassa.

Lähetin tuottaa erittäin matalataajuista (VLF) säteilyä, jonka aallonpituudet ovat kymmenistä satoihin kilometreihin. Nämä aallot kulkevat pitkiä matkoja horisontin yli ja voivat tunkeutua ympäristöihin, jotka estäisivät lyhyempien aallonpituuksien radioaaltoja kulkemasta.

Nykypäivän tehokkain VLF-tekniikka vaatii suurikokoisia säteilijöitä mutta tämä antenni on vain kymmenisen senttimetriä pitkä, joten sitä voitaisiin käyttää tehtäviin, jotka vaativat liikkuvuutta.

”Meidän ratkaisu on myös satoja kertoja tehokkaampi ja pystyy lähettämään dataa nopeammin kuin aiemmat vertailukelpoiset laitteet”, toteaa hankkeen vetäjä SLAC:n Mark Kemp.

VLF-teknologian käytöllä on melkoisia haasteita. Antenni on tehokkain, kun sen koko on verrattavissa sen antamaan aallonpituuteen; VLF:n pitkä aallonpituus vaatii valtavia antennijärjestelmiä. Pienemmät VLF-lähettimet ovat taas vähemmän tehokkaita ja painavia. Lisäksi haasteena on VLF-viestinnän olematon kaistanleveys.

Uusi antenni suunniteltiin vastaamaan näihin ongelmiin. Sen kompakti koko mahdollistaa vain muutaman kilon painoisten lähettimien rakentamisen. Testeissä tutkijat osoittivat, että lähetin tuotti VLF-säteilyä 300 kertaa tehokkaammin kuin aiemmat kompaktit antennit ja lähetti dataa lähes 100-kertaisella kaistanleveydellä.

VLF-säteilyn generoimiseksi laite hyödyntää pietsosähköistä akustista resonanssia. Pienihäviöisen litiumniobaatin sauvamaisen kiteen ja oskilloivan sähköjännitteen avulla he tuottivat värähtelevän sähkövirran, jonka sähkömagneettinen energia emittoituu VLF-säteilyksi.

Tavanomaisissa antenneissa sähköiset värähtelyt ovat lähes samankokoisia kuin niiden tuottaman säteilyn aallonpituus ja kompaktimmat mallit vaativat tyypillisesti viritysyksiköitä, jotka ovat suurempia kuin itse antenni.

Uusi lähestymistapa ”antaa meille mahdollisuuden herättää tehokkaasti sähkömagneettisia aaltoja, joiden aallonpituudet ovat huomattavasti suuremmat kuin kiteet ja ilman suuria virittimiä, minkä vuoksi tämä antenni on niin kompakti”, selvittää rakennetta Mark Kemp.

Tutkijat ottivat käyttöön myös antennin resonanssin suoran moduloinnin. Sellainen mahdollistaa toiminnan passiivisen antennin kaistanleveyden ulkopuolella, mikä mahdollistaa suuremman kaistanleveyden käyttöönoton.

Tutkijoiden mukaan menetelmällä saavutetaan yli sata bittiä sekunnissa siirtokapasiteetti eli yksinkertaisen tekstin lähettäminen.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitekniikkaa viestintään ja anturointiin merivesissä