【火腿快新闻】具有增强带宽的低频微型天线可在复杂环境中实现机器人联网协作

微型天线可在复杂环境中实现机器人协作

陆军研究实验室，马里兰州阿德菲

具有增强带宽的低频天线将使紧凑的移动机器人之间实现强大的联网。

研究人员已经开发出一种新颖的设计方法，该方法可以改善在低频下运行的常规天线的局限性，从而证明可以保持性能的较小天线。阻抗匹配是天线设计的关键方面，可确保无线电信号在发射模式下以最小的反射率通过天线发射功率，并且在天线处于接收模式下时，它会捕获功率以有效地耦合到天线在操作带宽内所有频率上的无线电信号。

具有无源元件（例如电阻器，电感器和电容器）的阻抗匹配技术具有一个基本限制，称为Chu-Wheeler限制，该限制为给定天线尺寸定义了最大可实现带宽效率乘积的界限。通常，低频天线物理上较大，或者它们的小型化天线具有非常有限的带宽和效率，从而导致更高的功率要求。

微型天线原型被集成在无人地面车辆上，带有软件定义无线电和其他机器人传感器。系统在UGV和第二个节点之间传输视频。（U.S. Army）

新的方法在不增加尺寸或不改变天线拓扑的情况下提高了带宽和效率。所提出的阻抗匹配方法将模块化有源电路应用于高度小型化，高效，轻巧的天线，从而克服了Chu-Wheeler性能限制。该天线可将高效节能的低频无线电系统集成在紧凑型移动代理（例如无人地面和飞机）上。

集成具有小巧，轻便和低功耗（SWaP）的低频无线电系统的能力为利用这种未被充分利用和探索不足的频带作为异构自主网络范式的一部分打开了大门。在这种范例中，配备了补充通信方式的特工必须根据该特定任务所处环境的挑战来调整其方法。具体而言，较低的频率由于其改善的穿透力和减少的多径效应而适合在复杂的传播环境和地形中进行可靠的通信。

天线被集成在小型无人地面车辆上。它展示了UGV之间可靠的实时数字视频流。通过利用这项技术，机器人特工可以协调和组建团队，从而实现独特的功能，例如用于定向和安全战场联网的分布式按需波束成形。

研究人员开发了一种主动匹配技术，为地面机器人车辆配备了功能强大的微型天线。（U.S. Army）

尽管先前的实验研究表明，将有源匹配应用于小的非谐振天线（例如，短金属线）可以提高带宽，但是与性能接近于Chu-的小型谐振天线相比，没有以前的工作可以同时确保带宽和辐射效率的提高。惠勒极限。主动匹配设计方法解决了这些主要挑战，这些挑战源于带宽，效率和稳定性之间的权衡。

研究人员构建了一个15厘米的模型（工作波长的2％），并证明了与不应用主动匹配的相同天线相比，新设计的带宽提高了三倍以上，同时与状态相比，传输效率提高了10倍。相同尺寸的最先进的有源匹配天线。

source:https://www.techbriefs.com/component/content/article/tb/pub/techbriefs/communications/38219