Водяная антенна
Любое новое знание обычно проходит три стадии: 1. «Бред!» 2. «А если действительно…» 3. «Да кто ж этого не знает!».
Надежная и качественная радиосвязь играет важную роль в обеспечении безопасности кораблевождения и для успешного ведения боевых действий. Группа специалистов из научного подразделения System Center Pacific, Space and Naval Warfare (SPAWAR), занимающегося исследованиями в области радиосвязи, радиолокации, метеорологии и океанографии в интересах ВМС США, предложила оригинальное решение проблемы перегруженности кораблей коммуникационными системами.
Радиоэлектронное оборудование современного боевого корабля типа «Арли Берк» включает в себя порядка 80 антенн различного назначения. Приемно-передающие устройства создают при работе многочисленные взаимные помехи - инженерам потребовались специальные исследования для определения схемы их рационального размещения. Кроме того, обычные корабельные антенны имеют целый ряд недостатков – они громоздкие, тяжелые, легкоуязвимые в бою и во время шторма, для них необходимы высокие мачты, что увеличивает радиолокационную заметность корабля. В любой момент времени как минимум половина этих антенн отключена и не используется, отсюда сам собой напрашивается вывод о необходимости создания складных конструкций.
Ракетный крейсер USS Mobile Bay. Обратите внимание на "развесистые" антенны, вдвое увеличивающие высоту корабля
В 2007 году специалистами SPAWAR была разработана технология, использующая электропроводность и магнитную индукцию солей металлов, содержащихся в морской воде, для приёма и передачи радиоволн. Действительно, если морская вода, является хорошим электрическим проводником, то почему струя жидкости не способна заменить традиционную металлическую антенну? Совершенно гениальное и простое изобретение.
От теории до практики был всего один шаг: с помощью водяной помпы исследователи собрали примитивный фонтан - устройство извергает струю морской воды сквозь катушку индуктивности, соединенную с портативным передатчиком. За бортом корабля воды предостаточно, поэтому недостатка в этом расходном материале никто испытывать не будет. Сигналы передаются и снимаются с «водяной антенны» посредством обычной электромагнитной индукции. И никаких нанотехнологий!
Высота струи определяет частоту, на которую настроена антенна. Например, для UHF радиоволн необходим фонтан высотой около 2-х футов (0,6 метра), для VHF - 6 футов. Для приема HF волн потребуется 80 футовый водяной столб (24 метра!). Такая струя способна принимать и передавать сигналы в диапазоне от 2 до 400 МГц. Сечение струи определяет ширину канала (т.е. передачи более объемных данных, к примеру, видео потребуется более толстая струя воды). Вся система помещается в одной руке. С ее помощью исследователи SPAWAR смогли получить четкий сигнал на расстоянии нескольких десятков километров.
Из преимуществ таких «водяных антенн» - минимальное место, необходимое для их установки. Антенны могут быть легко модифицированы для использования на любых частотах путём установки дополнительных катушек-токосъёмников и насадок-распылителей. Водяную антенну можно сформировать при минимальных затратах - устройство потребляет меньше энергии, чем настольная лампа.
В отличие от стандартных металлических антенн, все элементы водной антенны практически невесомы и легко демонтируются. Параметры водяных столбов можно постоянно изменять в зависимости от типов антенн, используемых в данный момент. Как считают специалисты SPAWAR, десять таких антенн смогут заменить 80 традиционных. К тому же, отражающий эффект у морской воды меньше, чем у металла, а если корабль нуждается в максимальной скрытности, командиру достаточно отдать приказ просто убрать все водяные столбы.
В то же время, до внедрения своего изобретения в реальную жизнь, исследователям придется решить ряд непростых проблем.
Например, водяная антенна крайне уязвима перед порывами ветра - энергия струи к вершине уменьшается до нуля и тогда даже слабый ветер будет рвать полотно аннтены и, как следствие, полностью испортит ее резонансную характеристику.
Ученые SPAWAR снова нашли оригинальный выход: достаточно заключить струю воды в пластиковую трубу с закрытым верхом. Это не только предотвратит вредное воздействие ветра и сохранит все свойства «водяной антенны», но и позволит многократно использовать один и тот же объем воды (исследователи верят, что их технология может найти применение и на суше, заменив торчащие ветви антенн прекрасными фонтанами). Что касается помещения воды в пластиковую трубку, то идея SPAWAR не нова - такие варианты антенн существуют, когда в гибкую пластиковую оболочку помещают ленту, самоскручившуюся под давлением воздуха или привода, как лента в рулетке.
Также, до сих пор остается невыясненным, какой у коэффициент усиления у водяных антенн. Из-за не самой лучшей проводимости «водяного столба», вероятно, пострадает КПД, и возможны внеполосные излучения.
Принцип водяной антенны настолько туп и прост, что просто не верится, что до этого никто не догадался раньше. Шутники из SPAWAR, наверняка, подсмотрели эту красивую идею у китов: по некоторым данным, киты пускают фонтанчики для отправки друг другу SMS-сообщений. Я как-то общался с ними – говорят сигнал слабый, всего 2 полоски…
Примечание:
HF (high frequency) – высокие частоты (3 МГц – 30 МГц, длина волны 10 - 100 м)
Стандартный термин для США и Европе, который обозначает короткие (декаметровые) волны
VHF (very high frequency) – очень высокие частоты (30 МГц – 300 МГц, длина волны 1 - 10 м)
UHF (ultra high frequency) – ультравысокие частоты (300 МГц – 3 ГГц, длина волны 0,01 – 1 м)
За этими характеристиками радиоспектра скрывается хорошо знакомый россиянам УКВ-диапазон (метровые и дециметровые волны).
А фонтаны китов - это, в основном, углекислый газ
Информация