Ученые исследовали антенну, которая работает на низких частотах под водой
Передача аналогового сигнала без модуляции с использованием магнито-механо-электрической антенны. а) Схема измерительной установки для передачи аналоговых данных. б) Сигнал напряжения от приемника. c) Полученный аналоговый сигнал от зажатой с одного конца разработанной антенны и петлевой антенны сравнивается с исходным сигналом.
© Мирза Бичурин
Российские ученые совместно с коллегами из Китая исследовали магнито-механо-электрическую антенну, которую можно использовать при работе на низких частотах. Такое устройство применимо для морской навигации и связи с подводными лодками. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Advanced electronic materials.
Изучение электромагнитных полей и электромагнитных волн привело к появлению современных антенных технологий. Такой тип беспроводной связи широко используется в смартфонах, вещательных станциях, радарах и системах радиочастотной идентификации, которая использует радиоволны для сбора данных.
Современные антенные системы обеспечивают беспроводную связь в атмосферных условиях. Однако сегодня они нужны и в других средах, таких как подводная и подземная. К антеннам предъявляются новые требования, а именно миниатюрность и портативность. Обычные установки им не соответствуют. Сейчас используются антенные вышки высотой более 100 метров, поэтому невозможно создавать новые устройства с помощью существующих технологий.
Ученые из Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого совместно с коллегами из Китая исследовали магнито-механо -электрическую антенну с акустическим действием. Это устройство преобразовывает механические колебания в электромагнитные волны очень низкой частоты. Антенна имеет размер 10-15 сантиметров и состоит из особенного материала — магнитоэлектрической структуры на основе пьезоэлектрической керамики, которая под действием внешних сил изменяет размер и работает, как магнитный излучатель. Акустическое действие позволяет антенне быть более эффективной в условиях, когда сигнал должен проникать через материалы с большей плотностью, чем воздух, такие как вода или земля.
Разработанная антенна показывает большую эффективность и усиленный сигнал по сравнению с простой антенной, особенно на резонансных частотах, то есть когда амплитуда колебаний тока максимальная. Авторы работы продемонстрировали аналоговую передачу сигнала с использованием предложенной антенны. Эксперимент был проведен с несущим сигналом низкой частоты 11,3 кГц. Эта частота выше порога слышимости человеческого уха. Такой опыт продемонстрировал возможность передачи связи с помехами и затуханием. Это предполагает удобную передачу информации путем аналоговой связи на коротком расстоянии.
Такая антенна может использоваться для передачи данных на очень низких частотах, которые имеют диапазон от 3 до 30 кГц. Этот диапазон используется в различных приложениях, таких как навигация, связь с подводными лодками и исследование ионосферы — слоя атмосферы, расположенного на 100 и более километров над Землей.
«Наше исследование направлено на разработку новых магнитоэлектрических антенн, которые могут использоваться под водой и под землей. Мы предложили модель на основе пьезоэлектрической керамики, более эффективную, чем обычная проволочная антенна. Эксперименты подтвердили возможность передавать сигнал на низких частотах, которые используются под водой. На данный момент достигнута дальность передачи сигнала 100 метров. Сейчас мы продолжаем исследование и работаем над увеличением дальнодействия прибора», — рассказывает руководитель проекта Мирза Бичурин, заведующий кафедрой проектирования и технологии радиоаппаратуры Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого.
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».