Новгородские ученые создали миниатюрную антенну для глубоководной связи
Разработка велась совместно с китайскими партнерами
Физики из НовГУ совместно с коллегами из Китая разработали опытный образец новой магнитоэлектрической антенны для связи на очень низких частотах. Устройство, размеры которого кардинально меньше традиционных аналогов, успешно прошло испытания. Это открывает путь к созданию портативных систем для подводной коммуникации.
Под водой беспроводная связь, к которой мы привыкли на суше, почти невозможна. Радиоволны легко распространяются в воздухе, но в море быстро затухают. Передача информации с помощью звуковых волн (как у дельфинов и китов) решает эту проблему, но такой вид связи имеет ряд недостатков: большую задержку передачи, многолучевое распространение (эхо) и чувствительность к помехам.
Решением является использование электромагнитных волн очень низкой частоты (ОНЧ) — 3-30 кГц, способных проникать на значительную глубину в морскую воду. Однако и у этого метода есть фундаментальное ограничение — так называемый предел Чу-Харрингтона. Согласно этому принципу, эффективность излучения антенны напрямую зависит от ее размера относительно длины волны.
Ученые из НовГУ в составе группы, куда также вошли исследователи из университетов Научно-технологического Нанкина, Сианьского Цзяотуна и Шанхайского института керамики Китайской академии наук, создали новый материал, который решает эти проблемы. Его основа — классическая пьезокерамика (PZT), состоящая из цирконата-титаната свинца. Ученые модифицировали ее состав, добавив индий и ниобий, а также марганец и сурьму.
Полученная керамика, названная PIN-PMS-PZT, показала качественные и, что важно, сбалансированные характеристики: пьезоэлектрический коэффициент около 401 пКл/Н и механическую добротность около 1510. Испытания показали, что МЭ-антенна на основе этого композита генерирует магнитное поле почти в два раза сильнее (обратный МЭ коэффициент 1,78 Гаусс·см/В), чем передатчик на основе одного из лучших коммерческих образцов пьезокерамики PZT-8. При размере антенны около 14 сантиметров в длину, создаваемое ею магнитное поле можно было зафиксировать на расстоянии нескольких метров. Сигнал передачи данных от такой антенны будет распространяться на расстояние до 100 метров.
