Пьезоантенна XXXL

Учёные Стэнфордского университета и лаборатории SLAC при Минэнерго США создали миниатюрную антенну, способную эффективно излучать сверхдлинные электромагнитные волны.

Подобные волны используются для связи с объектами под водой и под землёй, куда не проникают более коротковолновые электромагнитные колебания, а также для загоризонтной связи. При этом для излучения традиционно используются громадные антенны, растянутые на сотни метров и даже километры.

Изобретение проверено на макете. Он представляет собой 10-сантиметровый штырь из пьезоэлектрического материала (ниобата лития), снабжённый на одном конце электродами. К этим электродам прикладывается возбуждающее напряжение, которое вызывает механические колебания штыря. Проведя эксперименты с такой антенной (см. фото), исследователи обнаружили, что она работает в 300 раз эффективнее металлического штыря той же длины и при этом позволяет увеличить скорость передачи информации почти в 100 раз.

Волна механических колебаний распространяется внутри пьезоэлектрического материала. При этом вдоль поверхности штыря движутся электрические заряды, которые и служат источником излучаемой сверхдлинной электромагнитной волны. Поскольку фаза колебаний определяется распространением не переменного тока в проводе, как в обычной антенне, а звука, к концу штыря, упрощённо говоря, набегает большая фазовая разница - такая же, как в проволочной антенне длиной сотни метров. И эта разница фаз создаёт эффект многократного удлинения электромагнитного излучателя. В уравнении, связывающем частоту колебаний и длину волны, вместо скорости света фигурирует скорость звука.

Исследователи из Стэнфорда и SLAC получили коэффициент добротности пьезоэлектрического резонатора свыше 12000, но намерены довести этот показатель до 100000. Также разработан способ модуляции сигнала, передаваемого пьезоантенной, путём переключения возбуждающих частот. Полоса сигнала достигает 100 Гц, что позволяет передавать короткие текстовые сообщения двоичным кодом.

В разработке, помимо упомянутых учреждений, участвовали исследовательский центр SRI International и технологическая компания Gooch & Housego (фотоника).