Un nuevo tipo de antena de bolsillo, desarrollada en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía, podría permitir la comunicación móvil en situaciones donde las radios convencionales no funcionan, como debajo del agua, a través del suelo y en distancias muy largas a través deaire.
El dispositivo emite radiación de muy baja frecuencia VLF con longitudes de onda de decenas a cientos de millas. Estas ondas viajan largas distancias más allá del horizonte y pueden penetrar en entornos que bloquearían las ondas de radio con longitudes de onda más cortas. Si bien la tecnología VLF más potente de hoy en día requiere una tecnología gigantescaemisores, esta antena tiene solo cuatro pulgadas de alto, por lo que podría usarse para tareas que exigen alta movilidad, incluidas las misiones de rescate y defensa.
"Nuestro dispositivo también es cientos de veces más eficiente y puede transmitir datos más rápido que los dispositivos anteriores de tamaño comparable", dijo Mark Kemp de SLAC, el investigador principal del proyecto. "Su rendimiento supera los límites de lo que es tecnológicamente posible y pone aplicaciones VLF portátiles", como enviar mensajes de texto cortos en situaciones difíciles, al alcance ".
El equipo liderado por SLAC informó sus resultados hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
Un desafío considerable
En las telecomunicaciones modernas, las ondas de radio transportan información a través del aire para transmisiones de radio, sistemas de radar y navegación y otras aplicaciones. Pero las ondas de radio de longitud de onda más corta tienen sus límites: la señal que transmiten se debilita en distancias muy largas, no puede atravesarlaagua y es fácilmente bloqueado por capas de roca.
En contraste, la longitud de onda más larga de la radiación VLF le permite viajar cientos de pies a través del suelo y el agua y miles de millas más allá del horizonte a través del aire.
Sin embargo, la tecnología VLF también presenta grandes desafíos. Una antena es más eficiente cuando su tamaño es comparable a la longitud de onda que emite; la longitud de onda larga de VLF requiere enormes conjuntos de antenas que se extienden por millas. Los transmisores VLF más pequeños son mucho menos eficientes y pueden pesarcientos de libras, lo que limita su uso previsto como dispositivos móviles. Otro desafío es el bajo ancho de banda de la comunicación VLF, que limita la cantidad de datos que puede transmitir.
La nueva antena se diseñó teniendo en cuenta estos problemas. Su tamaño compacto podría permitir construir transmisores que pesen solo unas pocas libras. En las pruebas que enviaron señales del transmisor a un receptor a 100 pies de distancia, los investigadores demostraron que suel dispositivo produjo radiación VLF 300 veces más eficientemente que las antenas compactas anteriores y transmitió datos con un ancho de banda casi 100 veces mayor.
"Hay muchas aplicaciones potenciales interesantes para la tecnología", dijo Kemp. "Nuestro dispositivo está optimizado para la comunicación a largo plazo a través del aire, y nuestra investigación está analizando la ciencia fundamental detrás del método para encontrar formas de mejorar aún más sus capacidades"
una antena mecánica
Para generar radiación VLF, el dispositivo explota lo que se conoce como efecto piezoeléctrico, que convierte el estrés mecánico en una acumulación de carga eléctrica.
Los investigadores utilizaron un cristal en forma de barra de un material piezoeléctrico, niobato de litio, como su antena. Cuando aplicaron un voltaje eléctrico oscilante a la barra, vibró, encogiéndose y expandiéndose alternativamente, y este estrés mecánico desencadenó una corriente eléctrica oscilante cuyala energía electromagnética luego se emitió como radiación VLF.
La corriente eléctrica proviene de las cargas eléctricas que se mueven hacia arriba y hacia abajo de la barra. En las antenas convencionales, estos movimientos son casi del mismo tamaño que la longitud de onda de la radiación que producen, y los diseños más compactos generalmente requieren unidades de sintonización más grandes que la antena mismaEl nuevo enfoque, por otro lado, "nos permite excitar eficientemente las ondas electromagnéticas con longitudes de onda que son mucho más grandes que los movimientos a lo largo del cristal y sin grandes sintonizadores, por lo que esta antena es tan compacta", dijo Kemp.
Los investigadores también encontraron una forma inteligente de ajustar la longitud de onda de la radiación emitida, dijo: "Cambiamos repetidamente la longitud de onda durante la operación, lo que nos permite transmitir con un gran ancho de banda. Esta es la clave para lograr tasas de transferencia de datos de másde 100 bits por segundo, suficiente para enviar un texto simple "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio nacional de aceleración DOE / SLAC . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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