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In un mondo che si prepara all'avvento delle trasmissioni 5G, che promettono velocità di trasmissione dati fino a 1 Gigabit al secondo per ogni utente connesso, ci sono alcuni ricercatori che festeggiano il fatto di aver inventato un'antenna in grado di trasmettere 100 bit al secondo. Se ti sembra strano, è solo perché ancora non ti abbiamo detto che l'antenna in questione è un'antenna VLF, cioè Very Low Frequency. Si tratta di un'antenna che riceve e trasmette onde radio in una delle frequenze possibili più basse, tra 3 e 30 kHz, e che fino ad oggi è rimasta relegata a specifici usi (soprattutto militari) grazie e a causa dei suoi pregi e dei suoi difetti. I ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory della Stanford University di Santa Clara in California, però, hanno sviluppato una evoluzione di questa tecnologia che potrebbe aprire nuovi scenari nel mondo delle telecomunicazioni.
Cosa è una antenna VLF e quali sono i suoi pregi e difetti
A differenza delle antenne normali, una VLF trasmette solo frequenze molto basse e, quindi, con una lunghezza d'onda molto elevata. Per gestire queste lunghezze d'onda sono necessarie antenne gigantesche, come le torri da 127 metri di altezza della stazione radio di Grimeton in Svezia o quelle della Jim Creek Naval Radio Station vicino Washington, che sostengono cavi lunghi fino a 2.600 metri.
Le onde VLF hanno il grande vantaggio di viaggiare per centinaia di chilometri, di poter attraversare facilmente anche i grossi muri di cemento armato e persino di riuscire a penetrare l'acqua fino a 40 metri di profondità. Per questo, storicamente, sono state usate dagli eserciti per le proprie comunicazioni. Ad esempio, la Jim Creek Naval Radio Station serve per comunicare con i sottomarini, senza costringerli ad avvicinarsi troppo alla superficie del mare dove sarebbero facili prede del nemico. Un'altra applicazione tipica delle onde VLF è la trasmissione via radio dei segnali orari, per sincronizzare gli orologi a lunghissima distanza, o l'invio di brevi messaggi in codice Morse. Il grande difetto delle antenne VLF, oltre alle enormi dimensioni, è la scarsissima banda disponibile: a quelle frequenze la quantità di dati trasmissibili si aggira sull'ordine dei pochi bit per secondo (quindi approssimativamente un singolo carattere alfanumerico per secondo)..
La nuova antenna VLF dello SLAC
Lo SLAC National Accelerator Laboratory ha trovato il modo di risolvere completamente il problema delle dimensioni e almeno in parte quello della banda. La sua nuova antenna VLF, infatti, è grande solo una decina di centimetri e può trasmettere (almeno fino alla distanza di test di 30 metri) fino a 100 bit al secondo. Questo apre le porte ad ulteriori sviluppi, grazie ai quali le comunicazioni VLF potranno uscire dalla nicchia militare e, forse, diventare commercialmente interessanti. Oggi, però, lo SLAC afferma che la nuova antenna potrebbe trovare presto applicazione in nuovi e più efficienti sistemi di comunicazione d'emergenza.
Come funziona l'antenna VLF dello SLAC
Alla base della nuova antenna VLF c'è un piccolo un cristallo a forma di bastoncino costruito con un materiale piezoelettrico, il niobato di litio. Una tensione elettrica oscillante applicata al fondo del cristallo lo fa vibrare. Questa sollecitazione meccanica innesca poi una corrente elettrica, sempre oscillante, la cui energia elettromagnetica viene emessa come radiazione VLF. Variando opportunamente la tensione elettrica oscillante applicata al cristallo, il dispositivo può essere commutato durante le operazioni per regolare la lunghezza d'onda della radiazione emessa e ottimizzare così la velocità con cui il dispositivo può trasmettere i dati. Il risultato è una banda dati di 100 bit per secondo, quanto basta per inviare del testo senza ridursi alla velocità di trasmissione di una singola lettera al secondo. Rispetto alla tecnologia usata fino ad oggi, la nuova antenna ha una efficienza superiore di 300 volte e una banda superiore di 100 volte.
A cosa servirà la nuova antenna VLF
È chiaro che, seppur il balzo di prestazioni sia notevole rispetto al passato, questa scoperta non porta l'efficienza di questo sistema di trasmissione ad un livello tale da conferirli una possibile applicazione in ambito commerciale. Gli autori della ricerca sono però ottimisti: "Ci sono molte interessanti potenziali applicazioni per la tecnologia - afferma il ricercatore Mark Kemp dello SLAC - Il nostro dispositivo è ottimizzato per la comunicazione a lungo raggio attraverso l'aria e la nostra ricerca sta esaminando la scienza fondamentale alla base del metodo per trovare modi per migliorare ulteriormente le sue capacità".
17 maggio 2019
