Kifejlesztettek egy ultrakönnyű antennát, ami földi és műholdas kommunikációra is alkalmas

A Stanford és a Bejrúti Amerikai Egyetem kutatói kifejlesztettek egy könnyű, hordozható antennát, amely képes kommunikálni a földi eszközökk...

A Stanford és a Bejrúti Amerikai Egyetem kutatói kifejlesztettek egy könnyű, hordozható antennát, amely képes kommunikálni a földi eszközökkel és a műholdakkal, megkönnyítve a mentési erőfeszítések összehangolását a katasztrófa sújtotta területeken.

Amikor földrengés, árvíz vagy más katasztrófa sújt egy régiót, a meglévő kommunikációs infrastruktúra, például a mobiltelefon- és rádiótornyok gyakran megsérülnek vagy megsemmisülnek. A vészhelyzeti kommunikáció lehető leggyorsabb helyreállítása létfontosságú a mentési erőfeszítések összehangolásához.

A Stanford Egyetem és a Bejrúti Amerikai Egyetem (AUB) kutatói kifejlesztettek egy hordozható antennát, amelyet gyorsan be lehet vetni katasztrófa sújtotta területeken, vagy fel lehet használni kommunikáció létrehozására az elmaradott régiókban. Az antenna, amelyet nemrégiben a Nature Communications folyóiratban ismertettek, kis méretű, és könnyen átállítható két konfiguráció között, hogy kommunikáljon akár műholdakkal, akár földi eszközökkel anélkül, hogy további energiát használna. (1)

"Az ezeken a területeken jellemzően alkalmazott legkorszerűbb megoldások a nehéz, fémből készült parabolaantennák. Nem könnyű mozgatni őket, sok energiát igényelnek a működésükhöz, és nem különösebben költséghatékonyak," - mondta Maria Sakovsky, a Stanford repüléstechnikai és asztronautikai adjunktusa.

"A mi antennánk könnyű, alacsony fogyasztású, és két működési állapot között tud váltani. A lehető legkevesebb energiával is képes többet elérni azokon a területeken, ahol hiányzik a kommunikáció."

Két funkció egy antennában

A kutatók az antennát olyan megközelítéssel fejlesztették ki, amelyet általában az űrben telepített eszközök tervezésére használnak. Az üzemanyag és a hely korlátai miatt a pályára állított technológiának nagyon könnyűnek és a lehető legkisebb csomagolásúnak kell lennie. Miután az elemek pályára kerültek, a megfelelő formába nyílnak a használathoz. A kutatók azt akarták, hogy antennájuk hasonlóan összecsukható és könnyű legyen.

A Sakovsky és kollégái, köztük Joseph Costantine, Youssef Tawk és Rosette Maria Bichara által tervezett antenna szálas kompozitokból készül (ezt az anyagot gyakran használják műholdakban), és hasonlít egy ujjcsapda játékra, több anyagcsíkot spirálisan keresztezve. Mint minden spirál alapú antenna, az antennán áthaladó vezető anyag jeleket küld, de egyedülálló szerkezetének köszönhetően a kutatók beállíthatják ezeknek a jeleknek a mintáját és teljesítményét az új antennában azáltal, hogy hosszabb vagy rövidebb formára húzzák.

"Mivel azt akartuk, hogy az antennát összecsukható formába lehessen állítani, ezzel a szerkezettel kezdtük, amely egy nagyon szokatlan antenna kialakításhoz vezetett," - mondta Sakovsky. "Olyan formákat használtunk, amelyeket még soha nem használtak spirális antennákon, és megmutattuk, hogy működnek."

A legkompaktabb esetben az antenna egy üreges gyűrű, amely alig több mint 7 centiméter magas és körülbelül 12 centiméter átmérőjű - nem sokkal nagyobb, mint egy karkötő -, és súlya 4 dekagramm. Ebben a formában képes elérni a műholdakat egy adott irányba küldött nagy teljesítményű jellel. Körülbelül 30 centiméterre nyújtva az antenna alacsonyabb teljesítményjelet küld minden irányba, mint egy Wi-Fi router.

A két állapot közötti váltás olyan egyszerű, mint az antenna kihúzása vagy összenyomása. Ezeknek a mozdulatoknak nem is kell különösebben pontosnak lenniük, amint az antennát egy bizonyos ponton túl mozgatják, a szerkezet a megfelelő helyzetbe pattan. Az antenna kialakításának konkrét mérete és alakja határozza meg, hogy a két állapot mely frekvenciákon kommunikál.

"A frekvencia, amelyet használni akarunk, meghatározza, hogy mekkora antennának kell lennie, de meg tudtuk mutatni, hogy függetlenül attól, hogy milyen frekvencián működik, ez a tervezési elv skálázható ugyanazon teljesítmény elérése érdekében," - mondta Sakovsky.

A gyártott prototípust a Stanfordon tesztelték telepítési és szerkezeti teljesítményre, elektromágneses sugárzási jellemzőit pedig az AUB antennamérő létesítményeire.

Alkalmazások Föld körüli pályán

A terepen történő telepítéshez az antennát párosítani kell egy adó-vevővel, hogy jeleket küldjön és fogadjon, egy lemezzel, amely visszaveri a rádióhullámokat, és más elektronikával, de az egész csomag még mindig csak körülbelül 1 kilogrammot nyomna, mondta Sakovsky. Az antenna egyedülálló kettős funkcionalitása azt jelenti, hogy több nehezebb antennát helyettesíthet olyan területeken, ahol a telepítés kihívást jelent.

Ez magában foglalja a katasztrófa sújtotta és fejletlen területeket, de potenciálisan az űrben történő felhasználást is. Sakovsky és kollégái azt fontolgatják, hogy átalakítják tervüket a műholdas kommunikációhoz, lehetővé téve a műholdak számára, hogy ugyanazt az antennát használják egymással és a földdel való kommunikációhoz.

"Nincs sok tartalék működési teljesítményünk, térfogatunk vagy tömegünk az űrhajókon sem," - mondta Sakovsky. "Ez sok lehetőséget rejt magában arra, hogy egy műhold több antennáját egyetlen antennával helyettesítsük." (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/
(2) - https://engineering.stanford.edu/