Antena portátil faz comunicação onde rádios falham

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/04/2019

A antena piezoelétrica tem apenas 10 centímetros de altura.
[Imagem: Dawn Harmer/SLAC]

Antena VLF

Um novo tipo de antena portátil viabiliza as comunicações móveis em situações onde os rádios convencionais não funcionam, como sob a água, através de montanhas ou mesmo por longas distâncias pelo ar.

A antena emite radiação de frequência muito baixa (VLF) com comprimentos de onda de dezenas a centenas de quilômetros. Essas ondas percorrem longas distâncias pelo ar e podem penetrar em ambientes que bloqueariam ondas de rádio com comprimentos de onda menores, como a água e o solo.

Embora a tecnologia VLF mais potente da atualidade exija emissores gigantescos, esta antena tem apenas 10 centímetros de altura.

"Nosso dispositivo também é centenas de vezes mais eficiente e pode transmitir dados mais rapidamente do que dispositivos anteriores de tamanho comparável. Seu desempenho aumenta os limites do que é tecnologicamente possível e viabiliza aplicativos VLF portáteis, como enviar mensagens de texto curtas em situações desafiadoras," disse o professor Mark Kemp, da Universidade Stanford, nos EUA.

Antena piezoelétrica

A maior eficiência de uma antena é obtida quando seu tamanho é comparável ao comprimento de onda que ela emite. É por isso que as antenas VLF tipicamente têm exigido matrizes de antenas enormes, que se espalham por quilômetros. As versões menores são muito menos eficientes e, mesmo assim, são grandes e pesadas. Outro desafio é a baixa largura de banda da comunicação VLF, que limita a quantidade de dados que se pode transmitir.

O estresse mecânico induz uma corrente alternada cuja energia eletromagnética é emite na forma de radiação VLF.
[Imagem: Greg Stewart/SLAC]

A equipe de Kemp foi buscar uma solução no efeito piezoelétrico, que converte um estresse mecânico em uma carga elétrica. A antena nada mais é do que um cristal em formato de bastão do material piezoelétrico niobato de lítio.

Quando uma tensão elétrica oscilante - o sinal a ser transmitido - é aplicado na base da antena, ela vibra, alternadamente encolhendo e expandindo, e esse estresse mecânico dispara uma corrente elétrica oscilante cuja energia eletromagnética é emitida na forma de radiação VLF.

Em testes enviando sinais de um transmissor para um receptor a 30 metros de distância, a antena piezoelétrica produziu radiação VLF de forma 300 vezes mais eficiente do que as antenas compactas anteriores e transmitiu dados com largura de banda quase 100 vezes maior.

"Nós repetidamente trocamos o comprimento de onda durante a operação, o que nos permite transmitir com uma grande largura de banda. Isso é fundamental para alcançar taxas de transferência de dados de mais de 100 bits por segundo - o suficiente para enviar um texto simples," disse Kemp.

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