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美工程技术人员称“坦克壳体就是最好的无线电通信天线”

2017-02-25 15:03:17 《现代军事》 2016年6期

李洪兴

美国《大众机械》网站2016年5月2日发表文章称,美国威斯康辛大学的工程技术人员设想出了一种用于军用车辆进行无线电通信的新颖方法,即采用车辆的壳体作为无线电通信的天线。

文章指出,由长金属杆组成的鞭状天线从军用车辆的壳体伸出,看起来很酷,但是并不理想。在战场的部队进行无线电通信,所使用的频率相对较低,其优点是要求的功率较低和传输距离较远,但为了有效工作,天线的长度至少得达到所传输的无线电波波长的1/4;而军用通信采用的高频波段,其波长范围从9.1~N91米,因此需要采用大的天线。然而,将巨大的通信天线设置在军用“悍马”车、装甲运兵车或坦克上是不实际的,而采用短的天线则效率很低、工作带宽窄,同时会把多达90%的输入功率变为无用的热量消耗掉,而非产生有用的无线电信号。

威斯康辛大学的工程技术人员正在寻求使用采用车辆本身作为天线来有效增加天线尺寸,这是由美国海军研究局所支持的一项计划的一个部分。威斯康辛大学的电气和计算机工程副教授纳达·贝达德说,正在考虑利用车辆这个现成的巨大金属结构,采用传统安装在军用车辆上的“天线”作为激励平台本身的工具。工程技术团队的目的是要设计一种能够放置在车辆上,使之能夠发送和接收低频信号的“耦合结构”。耦合结构作为电磁耦极子,起着“激励”主结构的作用,也就是使主结构在与其大小和形状相匹配的频率产生谐振。耦合结构可以在一定的频率范围内“调谐”起天线作用的车体。

贝达德说,例如装甲运兵车,通常其长度为10米左右,结构的自然谐振模式在高频频段的谐振效率很高,会产生不同的激励电流分布和辐射模式,这已经通过缩尺模型实验得到证明。

研究人员制作的缩尺模型是一个简单的金属盒子,配以作为耦合结构的多个环,相关工作只进行了2个月。他们打算在今后2年里,将模型放大,做成车辆的全尺寸模型。他们已经发现,耦合结构的配置比形状更为重要,不过,如果能量有效地耦合到平台,宽带天线就有可能在10MHz左右的低频工作。试验过程不需要改变车辆结构本身,只需将耦合结构放置在上面,因此相当方便。

由于各种不同的信号使用各自的带宽,因此现在的军用车辆分别采用不同的发射器来处理互联网数据、蓝牙连接和移动电话通信,带宽也就尤为重要。如果作为天线的车体具有足够的带宽容纳能力来发送和接收多种类型的信息,就能省掉多个天线,使得车辆变得更加隐身,也更加不容易损坏。贝达德说,如果能够增加辐射电流得以分布的容积,也就增加了带宽,将平台用作天线就可以得到比使用鞭状天线更大的带宽。研究团队的目标是在2MHz的频率得到25KHz的带宽和在10MHz的频率得到更大的带宽,这样的带宽可以达到高达100Kbps的数据传送速率,而这样的传送速率即使不足以传送视频和图像数据,也足以传送语音和文字数据。在这个运用高速、高频和宽带技术的时代,使用车体作为天线可能是一种新颖且简单的解决办法。