Chu's Limit - une limite plus

23 février 2017

par Katherine Connor, Space And Naval Warfare Systems Center Pacific Public Affairs, Space and Naval Warfare Systems Center

La limite de Chu, un principe fondamental de l'électromagnétisme, dicte que la bande passante dans laquelle une antenne peut fonctionner a un niveau maximal proportionnel à la taille physique de l'antenne - plus l'antenne est petite, plus la bande passante est petite, plus la liaison de communication est lente et moins performante. La limite de Chu est une loi fondamentale de la recherche sur les antennes et les télécommunications depuis son introduction à la fin des années 1940, mais un scientifique du Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific) a récemment, pour la première fois, dépassé la limite de Chu de manière mesurée. expérience.

Justin Church, un ingénieur du groupe d'électromagnétisme appliqué du Centre, a utilisé des circuits non Foster intégrés dans une antenne électriquement petite pour produire le premier cas mesuré expérimentalement de dépassement de la limite. Plusieurs articles ont théorisé ou simulé une telle possibilité, mais Church est le premier à démontrer une antenne capable d'utiliser des bandes passantes qui dépassent cette limite fondamentale.

Il a pu y parvenir grâce à deux nouvelles avancées : les circuits non Foster et l'appariement interne. Les circuits non Foster sont des circuits transistorisés actifs qui créent efficacement des condensateurs et des inducteurs chargés négativement, ce qui signifie que la réactance est inversée par rapport à celle des condensateurs et des inducteurs conventionnels. Le couplage de cette technique avec l'adaptation interne - intégrant l'antenne et le circuit dans une seule structure - a permis à l'antenne électriquement petite d'atteindre une bande passante plus large, sans sacrifier l'efficacité. Une antenne électriquement petite est une antenne dont la plus grande dimension de la structure est inférieure à un dixième de longueur d'onde. La plupart des petites antennes électriques ont une efficacité inférieure à 1 %, mais Church a pu atteindre une efficacité de 85 %.

Church a vérifié expérimentalement une bande passante instantanée de 18 mégahertz à partir d'une antenne intégrée non Foster adaptée en interne qui avait un volume physique inférieur à un dixième de la longueur d'onde opérationnelle. Cette bande passante mesurée dépasse la limite Chu de 2,5 fois.

Outre l'importance scientifique de la réalisation de cette impossibilité précédente, il s'agit d'un domaine de recherche important pour la Marine et aura des impacts considérables sur le combattant.

"Beaucoup de bandes de communication que l'armée souhaite utiliser sont souvent à basse fréquence - très haute fréquence (VHF) et ultra haute fréquence (UHF). Ici, les longueurs d'onde sont assez longues - plus d'un mètre ou plus - et à ces fréquences, l'onde parcourt une longue distance », a expliqué Church. "Le défi est que, pour qu'une antenne fonctionne efficacement à ces fréquences, elle doit être physiquement grande, souvent à une échelle de plusieurs mètres."

C'est un défi pour ceux qui sont chargés d'exécuter des missions de la Marine, où les antennes portables plus petites sont beaucoup plus efficaces et secrètes.

"Il y a une grande poussée, et toujours un besoin pour l'armée de rechercher à quel point vous pouvez fabriquer des antennes et les faire fonctionner aussi efficacement que les grandes", a déclaré Church. "Les antennes compactes permettent de plus grandes capacités opérationnelles."

SSC Pacific est le laboratoire de recherche et développement naval chargé d'assurer la supériorité de la guerre de l'information.

Fourni par Space and Naval Warfare Systems Center