Ученые Новгородского госуниверситета вместе с зарубежными коллегами представили опытную версию компактной магнитоэлектрической антенны для сверхнизкочастотной связи. Испытания подтвердили работоспособность устройства, существенно меньшего по размерам, чем традиционные аналоги. Разработка позволит создать мобильные решения для коммуникаций под водой, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Подводная среда значительно затрудняет передачу сигналов. Обычные радиоволны свободно проходят сквозь воздух, но быстро ослабляются в морской среде. Использование акустических колебаний решает проблему проникновения сигнала, хотя и сопровождается рядом недостатков: длительная задержка, отражение эха и чувствительность к помехам.
Наиболее эффективным способом считается передача информации с помощью электромагнитных волн очень низкой частоты (3−30 кГц), способных глубоко проникнуть в морскую среду. Однако создание мощных и эффективных низкочастотных антенн требует значительных ресурсов: длина электромагнитных волн достигает десятков километров, вынуждая строить огромные конструкции, занимающие площадь порядка тысячи футбольных полей. Альтернативой выступают механические антенны, создающие электромагнитное излучение путем механических движений заряда или магнита. Несмотря на потенциал, они сталкиваются с проблемами стабильности и производительности.
Предложено инновационное решение — магнитоэлектрические антенны, основанные на обратимом магнитоэлектрическом эффекте. Применение специальных композитных материалов позволяет преодолеть предельные ограничения на размеры антенн, определяемые длиной акустической волны твердых тел, а не самой электромагнитной волны.
Для повышения эффективности группа ученых разработала уникальный состав пьезокерамического материала (PIN-PMS-PZT), отличающийся высоким уровнем пьезоэлектрического коэффициента (~401 пКл/Н) и механической добротности (~1510). Данный композит демонстрирует выдающиеся показатели, превосходящие лучшие коммерческие образцы (например, PZT-8). В частности, опытный образец антенны продемонстрировал способность передавать сигналы на расстояние до 100 метров при размерах всего 14 см. Дальнейшие перспективы включают оптимизацию материалов и разработку массивов антенн для увеличения дальности связи.
Таким образом, новгородская разработка приближает появление мобильных систем связи для подводных объектов, роботов и глубоководных исследований, где ранее использовались только стационарные и крупногабаритные комплексы.
Ранее российские ученые представили новейшие материалы для термочувствительных сенсоров и OLED-экранов.