解决基本天线挑战的四年计划

80年来，一种被称为电小天线的天线一直受到一个看似不可逾越的障碍的阻碍。这些天线可以接收波长比天线本身长得多的信号，似乎在高带宽和效率之间进行权衡的设计被困住了。

现在，美国推出了一个新项目情报高级研究项目活动(IARPA)机构寻求最终规避或克服这些电气小天线的历史限制的方法。在接下来的四年里，研究团队参与了性能的有效定量天线限制(EQuAL-P)计划将通过三个阶段逐步制定更雄心勃勃的基准，以证明他们的想法是可行的。

最简单的天线形式是偶极子天线，它本质上只是两根导线首尾相连，中间有一个馈电点。这种天线的长度通常是接收或发射信号波长的一半，因此在20米波段工作的短波无线电偶极子将是10米长。“电小”天线是指明显短于其设计信号波长的天线。这些天线通常采用小环或补丁的形式。

电小天线的好处是显而易见的，顾名思义，当空间稀缺时，它们会带来优势。例如，卫星可以利用它们来减少质量，为其他部件腾出更多空间。

但与小型电天线的代价是，当它们变得更短时，它们的带宽和辐射效率也会缩小，最终会碰到一种叫做Chu-Harrington限制．这意味着，尽管这种天线已经使用了几十年，但它们仍然难以设计，适用性也有限。从历史上看，任何扩大可用带宽的尝试都会进一步降低这些天线的辐射效率，反之亦然。这就是EQuAL-P计划所要解决的问题。

这些团队提出了不同种类的方法，但科尔布说，他们之间有几个共同的主题。

“因为这是一个80年的问题，我们想给他们多一点时间来想出解决方案，”他说保罗科尔布他是EQuAL-P的项目经理。在接下来的四年里，参赛的8个团队将经历三个日益雄心勃勃的阶段，以证明他们的想法可以通过审查。

科尔布说，在18个月结束时，他希望看到这些团队在HF和超高频(UHF)波段天线性能提高10分贝的最终目标上取得有意义的进展。但由于挑战的难度，团队将不需要在这一点上对他们的技术进行工作演示。

在15个月后的第二阶段结束时，这种情况发生了变化，在这个阶段中，研究团队需要展示一种实际的天线，它比现有的电动小天线具有6分贝的性能增益。

像IARPA的其他项目一样，EQuAL-P将依赖于外部实验室对演示的独立验证。Kolb说，在这种情况下，验证将由太平洋海军信息战中心专门从事高频测量的海军空战中心武器司，以及空军研究实验室．

根据Kolb的说法，多个阶段背后的基本原理是，它使机构能够以增量的方式资助团队的进展，监控该进展，并在项目似乎没有成功时终止项目。

最后一个为期12个月的阶段将要求研究团队证明性能提高了10分贝。科尔布承认，这个门槛很难达到。“这是一个巨大的进步，”他说，“但它也给了任何最终用户足够的动力去实际使用这项新技术。”

然而，科尔布并不指望四年后能看到商业上可行的产品。即使在这里，这也太野心勃勃了。相反，他希望看到这项技术的功能演示，这将有望为参赛团队提供更清晰的前进道路和一个良好的启动跳板。

这些团队提出了不同种类的方法，但科尔布说，他们之间有几个共同的主题。例如，它们几乎都包括时变元件——无论是通过二极管、电压变化、开关还是其他机制实现的。许多团队还需要设计和构建自己的验证技术，因为现有的评估天线性能的方法可能达不到要求。在这种情况下，团队还需要确保独立实验室能够验证他们的验证技术。

这八个团队包括来自波音公司，北卡罗莱纳州立大学，雷神公司，以及威斯康星大学麦迪逊分校，举几个例子。为了保持团队的数量可控，Kolb说，一些有类似建议的小组被合并了，比如在加州大学系统最初提交个人提案。

最终，不能保证这个项目会成功，但这是IARPA项目的面包和黄油，就像美国国防部高级研究计划局而且arpa - e-资助高风险、高回报的研究工作。尽管失败的可能性并非微不足道，但这是80年来我们看到的改进小型电天线的最佳机会。