Nouvelle antenne compacte

Dans le domaine des recherches la STE SLAC dĂ©veloppe une nouvelle antenne compacte pour la communication en cas d’Ă©chec des radios
Cet appareil de 4 pouces (environ 10 cm) pourrait être utilisé dans des émetteurs portables pour des missions de sauvetage et autres applications complexes exigeant une grande mobilité.
Menlo Park, Californie – Un nouveau type d’antenne de poche, dĂ©veloppĂ© par le laboratoire d’accĂ©lĂ©ration national la SLAC du ministère de l’Énergie, pourrait permettre la communication mobile dans des situations oĂą les radios classiques ne fonctionnent pas, par exemple sous l’eau, par terre ou par dessus de très longues distances dans l’air.
L’appareil Ă©met un rayonnement Ă très basse frĂ©quence (VLF) avec des longueurs d’onde de plusieurs dizaines Ă des centaines de kilomètres. Ces ondes parcourent de longues distances au-delĂ de l’horizon et peuvent pĂ©nĂ©trer dans des environnements susceptibles de bloquer les ondes radio ayant des longueurs d’onde plus courtes. Alors que la technologie VLF la plus puissante d’aujourd’hui nĂ©cessite des Ă©metteurs gigantesques, cette antenne mesure seulement 10 cm de hauteur et peut donc ĂŞtre utilisĂ©e pour des tâches nĂ©cessitant une grande mobilitĂ©, notamment des missions de sauvetage et de dĂ©fense.
Notre appareil est également des centaines de fois plus efficace et peut transmettre des données plus rapidement que les appareils précédents de taille comparable. Ses performances repoussent les limites de ce qui est techniquement possible et permettent aux applications VLF portables, telles que l’envoi de courts messages textuels dans des situations difficiles, d’être atteintes.
A dĂ©clarĂ© Mark Kemp, de SLAC, l’investigateur principal du projet.
L’Ă©quipe dirigĂ©e par le SLAC a rendu compte de ses rĂ©sultats dans la revue Nature & Communications .
Un nouveau type d’antenne de poche, dĂ©veloppĂ© au SLAC, pourrait permettre la communication mobile dans des situations oĂą les radios classiques ne fonctionnent pas, par exemple sous l’eau, dans le sol ou sur de très longues distances dans l’air. (Greg Stewart / SLAC Laboratoire national des accĂ©lĂ©rateurs)
Un défi de taille
Dans les tĂ©lĂ©communications modernes, les ondes radioĂ©lectriques transportent des informations par voie aĂ©rienne pour les Ă©missions radio, les systèmes de radar et de navigation et d’autres applications. Mais les ondes radioĂ©lectriques de longueur d’onde plus courte ont leurs limites : le signal qu’elles transmettent devient faible sur de très longues distances, ne peut pas traverser les eaux et est facilement bloquĂ© par des couches de roche.
En revanche, la longueur d’onde plus longue du rayonnement VLF lui permet de parcourir des centaines de mètres dans le sol et dans l’eau, et des milliers de kilomètres au-delĂ de l’horizon dans l’air.
Cependant, la technologie VLF prĂ©sente Ă©galement des dĂ©fis majeurs. Une antenne est plus efficace lorsque sa taille est comparable Ă la longueur d’onde qu’elle Ă©met ; La longue longueur d’onde du VLF nĂ©cessite d’Ă©normes rĂ©seaux d’antennes s’Ă©tendant sur des kilomètres *. Les Ă©metteurs VLF plus petits sont beaucoup moins efficaces et peuvent peser des centaines de kilos, ce qui limite leur utilisation prĂ©vue en tant qu’appareils mobiles. Un autre dĂ©fi est la faible bande passante de la communication VLF, qui limite la quantitĂ© de donnĂ©es qu’elle peut transmettre.
Une nouvelle antenne compacte pour les transmissions à très basse fréquence (VLF), développée et testée au SLAC, consiste en un cristal piézoélectrique de 10 cm de long (tige transparente au centre) générant un rayonnement VLF. (Dawn Harmer / SLAC Laboratoire national des accélérateurs)
La nouvelle antenne a Ă©tĂ© conçue en tenant compte de ces problèmes. Sa taille compacte pourrait permettre de construire des Ă©metteurs ne pesant que quelques kilos. Lors de tests qui ont envoyĂ© des signaux de l’Ă©metteur Ă un rĂ©cepteur situĂ© Ă une centaine de mètres, les chercheurs ont dĂ©montrĂ© que leur appareil produisait un rayonnement VLF 300 fois plus efficacement que les antennes compactes prĂ©cĂ©dentes et transmettait des donnĂ©es avec une bande passante presque 100 fois supĂ©rieure.
Il existe de nombreuses applications potentielles intĂ©ressantes pour la technologie. Notre appareil est optimisĂ© pour les communications longue distance par voie aĂ©rienne. Nos recherches portent sur les fondements scientifiques de la mĂ©thode afin de trouver des moyens d’amĂ©liorer encore ses capacitĂ©s.
A déclaré Mark Kemp, de SLAC
Mark Kemp du SLAC et ses collaborateurs testent une nouvelle antenne pour les rayonnements à très basse fréquence (VLF) en envoyant des signaux à un émetteur à 30 mètres. (Dawn Harmer / SLAC Laboratoire national des accélérateurs)
Une antenne mécanique
Pour générer un rayonnement VLF, le dispositif exploite ce que l’on appelle l’effet piézoélectrique, qui convertit les contraintes mécaniques en une accumulation de charge électrique.
Les chercheurs ont utilisĂ© comme antenne un cristal en forme de tige en matĂ©riau piĂ©zoĂ©lectrique, le niobate de lithium. Lorsqu’ils appliquent une tension Ă©lectrique oscillante Ă la tige, celle-ci vibre, se contractant et se dilatant alternativement, et cette contrainte mĂ©canique dĂ©clenche un courant Ă©lectrique oscillant dont l’Ă©nergie Ă©lectromagnĂ©tique est ensuite Ă©mise sous forme de rayonnement VLF.
Le courant Ă©lectrique provient de charges Ă©lectriques qui montent et descendent la tige. Dans les antennes conventionnelles, ces mouvements ont presque la mĂŞme taille que la longueur d’onde du rayonnement qu’ils produisent, et des conceptions plus compactes nĂ©cessitent gĂ©nĂ©ralement des unitĂ©s de rĂ©glage plus grandes que l’antenne elle-mĂŞme. La nouvelle approche, en revanche, « nous permet d’exciter efficacement les ondes Ă©lectromagnĂ©tiques avec des longueurs d’onde beaucoup plus grandes que les mouvements le long du cristal et sans grands tuners, c’est pourquoi cette antenne est si compacte », a dĂ©clarĂ© Mark Kemp.
Principe d’une nouvelle antenne compacte très basse frĂ©quence (VLF). Il est constituĂ© d’un cristal en forme de tige d’un matĂ©riau piĂ©zoĂ©lectrique, le niobate de lithium (Ă gauche). Une tension Ă©lectrique oscillante (onde rouge) appliquĂ©e au bas de la tige la fait vibrer. Cette contrainte mĂ©canique dĂ©clenche un courant Ă©lectrique oscillant (flèches) dont l’Ă©nergie Ă©lectromagnĂ©tique est ensuite Ă©mise sous forme de rayonnement VLF (ondes bleues). Pendant les opĂ©rations, l’appareil peut ĂŞtre commutĂ© pour ajuster la longueur d’onde du rayonnement Ă©mis et optimiser la vitesse Ă laquelle l’appareil peut transmettre des donnĂ©es. (Greg Stewart / SLAC Laboratoire national des accĂ©lĂ©rateurs)
Les chercheurs ont Ă©galement trouvĂ© un moyen astucieux de modifier la longueur d’onde du rayonnement Ă©mis, a-t-il dĂ©clarĂ© : « Nous commutons de manière rĂ©pĂ©tĂ©e la longueur d’onde en cours de fonctionnement, ce qui nous permet de transmettre avec une large bande passante. Ceci est essentiel pour atteindre des taux de transfert de donnĂ©es supĂ©rieurs Ă 100 bits par seconde – suffisamment pour envoyer un simple texte. »
Ce travail a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ© en collaboration avec SRI International et Gooch and Housego, une entreprise de technologie de la photonique. Le projet s’inscrit dans le cadre de l’effort AMEBA , financĂ© par la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). L’équipe de recherche a un brevet en instance pour sa technologie, dĂ©posĂ©e par l’UniversitĂ© de Stanford .
-Écrit par Manuel Gnida
Le SLAC est un laboratoire multiprogramme explorant des questions de pointe en science des photons, en astrophysique, en physique des particules et dans la recherche sur les accélérateurs.Situé à Menlo Park, en Californie, le SLAC est géré par l’Université de Stanford pour l’Office des sciences du Département de l’énergie des États-Unis. Pour en savoir plus, visitez le site www.slac.stanford.edu .
Le Laboratoire national d’accĂ©lĂ©rateurs du SLAC bĂ©nĂ©ficie du soutien de l’Office of Science du US Department of Energy. L’Office of Science est le principal partenaire de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s’efforce de relever certains des dĂ©fis les plus pressants de notre Ă©poque. Pour plus d’informations, visitez science.energy.gov
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traduction par Albert MĂĽller | ON5AM | Twitter | Facebook