Лазер впервые заставил плазму передавать радиосигнал
iXBT.com ·
Учёные Университета штата Северная Каролина впервые продемонстрировали работу передающей антенны, созданной из плазмы с помощью лазера. Устройство «напоминает световой меч»: вместо металлического стержня радиосигнал излучает тонкая нить ионизированного воздуха. В эксперименте она передавала сигнал на частоте 30 МГц, а уровень сигнала на приёмной антенне оказался в 2,5 раза выше, чем без плазменной нити.
Для создания антенны исследователи использовали лазер с заданными мощностью и диаметром луча. Он ионизировал воздух, выбивая электроны из молекул газа и формируя узкий плазменный канал — совокупность свободных электронов и положительных ионов. Заряженные частицы реагируют на электромагнитное поле, благодаря чему плазма может выполнять роль проводника в обычной антенне. При этом сам лазер не передаёт радиосигнал: он только создаёт среду, которая его излучает.
Второй важной частью разработки стал бесконтактный способ подачи сигнала на плазменную нить. Прямое подключение металлического провода могло бы нарушить её структуру, поэтому учёные использовали металлическое кольцо, работающее как конденсатор. Лазер проходил через его центр и создавал плазменный канал, а радиочастотный генератор подавал сигнал на кольцо. Возникающее переменное электрическое поле взаимодействовало с плазмой без физического контакта и заставляло её излучать радиоволны.
Работу устройства проверили на частоте 30 МГц: приёмную антенну расположили в 5 см от плазменной нити. Сначала учёные измерили сигнал при выключенном лазере, когда работала только система бесконтактной подачи сигнала, а затем повторили измерение с включённым лазером. Во втором случае уровень принятого сигнала вырос на 150%. Измерения проводились в ближней зоне, поэтому эксперимент подтвердил способность плазменной нити излучать радиосигнал, но не продемонстрировал связь на большом расстоянии.
Обычные антенны работают наиболее эффективно в определённых диапазонах частот, которые зависят, в частности, от их физических размеров. Изменение длины и направления металлической антенны может требовать дополнительных механизмов — это особенно неудобно для спутников, где важны масса оборудования и сложность его развёртывания после запуска. В плазменной системе длину нити предполагается регулировать параметрами лазера, а её направление — изменением направления луча. Это может оказаться полезным для спутниковой связи, радиолокации и систем, которым необходимо менять направление излучения.
Команда планирует выяснить, сколько энергии потребуется для поддержания плазменной нити и насколько эффективно она сможет передавать сигнал в разных условиях. Следующий этап — улучшение характеристик устройства и проверка того, насколько далеко можно развить принцип, подтвердивший работоспособность в лаборатории.