Исследователи продемонстрировали радиоантенну, напоминающую световой меч. Вместо металлической конструкции она использует лазер, который формирует в воздухе узкий плазменный канал для передачи радиосигналов. Результаты работы опубликованы в открытом доступе в журнале IEEE Journal of Microwaves.
Эксперимент провели специалисты Университета штата Северная Каролина. Лазер ионизирует воздух, отделяя электроны от атомов и молекул, после чего возникает плазма — четвёртое состояние вещества наряду с твёрдым, жидким и газообразным. Получившийся тонкий канал, называемый плазменной нитью, становится антенной.
Для передачи сигнала учёные разработали бесконтактный способ подачи энергии. Лазер проходит через центр металлического кольца, работающего как конденсатор — устройство, накапливающее энергию в электрическом поле. Когда радиочастотный генератор подаёт сигнал на конденсатор, его электромагнитное поле взаимодействует с плазменной нитью и заставляет её излучать радиоволны.
С помощью этой системы команда передала сигнал на частоте 30 мегагерц, относящейся к диапазону очень высоких частот (VHF). Длину плазменной антенны можно менять настройками лазера, а её направление — изменением траектории луча. «Плазменная антенна похожа на световой меч и настраивается, поэтому мы должны иметь возможность передавать сигналы в широком диапазоне частот», — сказала Прайя Даршни, ведущий автор статьи и аспирант Университета штата Северная Каролина.
По словам Даршни, управление углом плазменной нити позволит направлять радиолокационный обзор или усиливать принимаемый сигнал. Соавтор исследования Пол Франзон, заслуженный профессор электротехники и вычислительной техники Университета штата Северная Каролина, назвал разработку новым подходом, который может избавить от сложных механических механизмов развёртывания антенн. Учёные пока подтвердили только передачу радиоволн, а возможность приёма сигналов и работы в широком диапазоне частот ещё предстоит проверить.
Одним из возможных направлений применения исследователи считают спутники и космические аппараты. Для них особенно важны небольшие масса и размеры оборудования, а традиционные антенны иногда требуют механизмов, которые складывают конструкции перед запуском и разворачивают их в космосе. Франзон отметил, что на низкой околоземной орбите воздуха достаточно для образования плазмы, однако практическое использование технологии в космических условиях потребует дальнейших исследований. В работе также участвовали Артур Догариу из Университета A&M в Техасе и Принстонского университета, а также сотрудники инструментальной мастерской Университета штата Северная Каролина Крис Хьюитт, Байрон Гуд и Джо Макэлвин.