Можливо, ви цього не усвідомлюєте, але ефект Доплера присутній скрізь у нашому житті, від відстеження швидкості автомобілів за допомогою радарів до визначення місцезнаходження супутників у небі. Вся річ у тому, як хвилі змінюють свою частоту, коли джерело (наприклад, радіолокаційний сигнал) і детектор рухаються один відносно одного. Однак традиційні радарні системи натрапляють на блокпост, коли намагаються виявити об’єкти, що рухаються під прямим кутом до їхніх радіолокаційних сигналів. Це обмеження змусило дослідників вивчити абсолютно новий підхід.
Уявіть собі радарну систему, яка не просто покладається на лінійні хвилі, а натомість використовує спіралеподібні електромагнітні хвилі з орбітальним кутовим моментом (OAM). Ці спеціальні «вихрові» хвилі мають гвинтоподібне закручування та створюють характерний обертальний ефект Доплера, коли вони стикаються з об’єктом, що обертається.
Щоб покращити ідентифікацію та виявлення цих обертальних ефектів Доплера, дослідники з Шанхайського науково-технічного університету (USST) використали терагерцові (ТГц) хвилі, розробивши інтегрований ТГц випромінювач вихрового променя, як повідомляється в Advanced Photonics.
За словами професора USST Імін Чжу, автора-кореспондента статті, «наскільки нам відомо, це дослідження являє собою першу демонстрацію інтегрованого випромінювача вихрового променя ТГц, спеціально розробленого для виявлення цілей, що обертаються».
ТГц хвилі унікально підходять для радіолокаційних зображень з високою роздільною здатністю. З точки зору частоти, вони знаходяться між мікрохвилями та інфрачервоними хвилями та мають унікальну здатність проникати через різні матеріали, несучи мінімальний ризик пошкодження. Хоча ТГц-хвилі є великими перспективами, вони стикаються зі своїми проблемами, такими як низька ефективність і проблеми з нестабільністю.
Точне визначення швидкості обертання
Досліджуючи можливості для практичних і регульованих ТГц вихрових випромінювачів разом із відповідними схемами виявлення, дослідницька група розробила новий підхід, який поєднує інтегрований ТГц випромінювач і вихрові пучки з позитивними та негативними зарядами. Маніпулюючи частотою цих вихрових променів, вони можуть генерувати радарні сигнали, які точно вимірюють швидкість об’єкта, що обертається. Цей прорив пропонує спосіб визначення швидкості обертання об’єкта з надзвичайною точністю з максимальною похибкою лише близько 2 відсотків.
Їхня конструкція передбачає маніпулювання частотою для доступу до різних резонансів у порожнині випромінювача променя, що дозволяє генерувати вихрові пучки з топологічними зарядами ±1. Ці вихрові промені згодом освітлюють об’єкт, що обертається, і результуюче відлуння світлових хвиль може прийматися безпосередньо лінійно поляризованою антеною. Завдяки ефективній ідентифікації та виявленню обертального ефекту Доплера в частотному спектрі можна точно кількісно визначити швидкість обертання об’єкта.
Повідомляється, що команда також подолала складну проблему, пов’язану з поляризацією, завдяки чому ця радарна система дуже підходить для виявлення обертання в діапазоні частот ТГц.
Ця інноваційна радарна технологія відкриває захоплюючі можливості для широкого спектру застосувань. Він не тільки має потенціал для покращення радіолокаційного виявлення цілей, але й може запровадити нові системи протидії для тактичної військової оборони. Крім того, він економічно ефективний і масштабований, а це означає, що ми можемо побачити цю передову технологію швидше, ніж ми думаємо.