Мініатюрна антена забезпечує роботизовану команду в складних умовах

Нова мініатюрна низькочастотна антена з розширеною пропускною здатністю забезпечить надійну мережу між компактними мобільними роботами в складних середовищах.

Спільними зусиллями Армійської дослідницької лабораторії командування бойових можливостей армії США та Мічиганського університету дослідники розробили новий підхід до проектування, який вдосконалює обмеження звичайних антен, що працюють на низьких частотах, демонструючи менші антени, які підтримують ефективність.

Відповідність імпедансу є ключовим аспектом конструкції антени, що гарантує, що радіо передає потужність через антену з мінімальними відбиттями в режимі передачі, і що, коли антена перебуває в режимі прийому, вона захоплює потужність для ефективного з'єднання з радіо на всіх частотах всередині операційна пропускна здатність.

"Звичайні методи узгодження імпедансу з пасивними компонентами, такими як резистори, котушки індуктивності та конденсатори, мають фундаментальну межу, відому як межа Чу-Вілера, яка визначає межу для максимально досяжного продукту з ефективністю пропускної здатності для даного розміру антени", Армійський дослідник доктор Фікаду Дагефу. "Загалом, низькочастотні антени мають фізично великі розміри, або їх мініатюризовані аналоги мають дуже обмежену пропускну здатність та ефективність, що призводить до вищих потреб у потужності".

З огляду на ці проблеми, дослідники розробили новий підхід, який покращує пропускну здатність та ефективність, не збільшуючи розмір та не змінюючи топологію антени.

"Запропонований підхід узгодження імпедансу застосовує модульну активну схему до дуже мініатюризованої, ефективної та легкої антени — подолання вищезгаданого обмеження продуктивності Чу-Вілера", — сказав докторський дослідник армії д-р Іхун Чой. "Ця мініатюрна, активно підібрана антена дозволяє інтегрувати енергоефективні низькочастотні радіосистеми на компактних мобільних агентах, таких як безпілотні наземні та повітряні судна".

Дослідники заявили, що такий підхід може створити нові можливості для створення мереж в армії.

Можливість інтегрувати низькочастотні радіосистеми з низькими розмірами, вагою та потужністю — або SWAP — відкриває двері для використання цієї недостатньо використаної та недостатньо дослідженої смуги частот як частини неоднорідної парадигми автономних мереж. У цій парадигмі агенти, оснащені додатковими способами комунікації, повинні адаптувати свої підходи на основі викликів у навколишньому середовищі для цієї конкретної місії. Зокрема, нижчі частоти придатні для надійного зв'язку в складних середовищах поширення та на місцевості завдяки покращеному проникненню та зменшенню багатопроменевості.

"Ми інтегрували розроблену антену на невеликих безпілотних наземних транспортних засобах і продемонстрували надійну передачу цифрового відео в режимі реального часу між UGV, чого раніше не робили з такими компактними низькочастотними радіосистемами", — сказав Дагефу. "Використовуючи цю технологію, роботизовані агенти могли координувати та формувати команди, забезпечуючи унікальні можливості, такі як розподілене формування променя на вимогу, для спрямованих та безпечних мереж на полі бою".

Оскільки понад 20 відсотків населення планети до 2050 року, як очікується, житимуть у щільному міському середовищі, інноваційні можливості армійських мереж необхідні для створення та підтримки трансформаційного перевитрати, стверджують дослідники. Відсутність фіксованої інфраструктури у поєднанні із зростаючою потребою в конкурентній перевазі над суперниками, що мають близьку конкуренцію, породжує нові завдання для армійських мереж, що є головним пріоритетом модернізації для багатодоменних операцій.

Хоча попередні експериментальні дослідження продемонстрували посилення смуги пропускання за допомогою активного узгодження, застосованого до малої нерезонансної антени (наприклад, короткого металевого дроту), жодна попередня робота одночасно не забезпечує підвищення пропускної здатності та підвищення ефективності випромінювання в порівнянні з малими резонансними антенами з роботою поблизу Чу-Вілера обмеження.

Підхід армійського проектування активних збігів вирішує ці ключові проблеми, що виникають внаслідок компромісу між пропускною спроможністю, ефективністю та стабільністю. Дослідники побудували 15-сантиметровий прототип (2 відсотки робочої довжини хвилі) і продемонстрували, що нова конструкція досягає більш ніж трикратного збільшення пропускної здатності порівняно з тією ж антеною без застосування активного узгодження, одночасно покращуючи ефективність передачі в 10 разів порівняно з державною -сучасні активно підібрані антени однакового розміру.

"У конструкції дуже точна модель фіксує різкі зміни імпедансу сильно мініатюризованої резонансної антени", — сказав Чой. "На основі моделі ми розробляємо схему активного узгодження, яка одночасно збільшує пропускну здатність та ефективність, забезпечуючи при цьому стабільність схеми".

Команда опублікувала своє дослідження "Мініатюрна активно узгоджена антена для енергоефективної та розширеної пропускної здатності роботи при низькій УКВ", автор доктора. Jihun Choi, Fikadu Dagefu, Brian Sadler та Prof. Kamal Sarabandi, у рецензованому журналі Інститут інженерів-електриків та електроніки Угоди про антени та розповсюдження.

"Ця технологія дозріла для подальшого розвитку та переходу до наших різних партнерів у армії", — сказав Дагефу. "Ми оптимістичні, що з інтеграцією аспектів наших неоднорідних мережевих досліджень ця технологія буде надалі розвиватися і буде інтегрована в майбутні системи зв'язку армії".

Facebook Comments