Дослідники з Університету штату Північна Кароліна у США продемонстрували новий тип антени, яка замість металевої конструкції використовує плазму, створену лазерним променем. Така технологія нагадує світловий меч із фантастичних фільмів і потенційно може спростити передавання радіосигналів у космосі та під час авіаційних місій.
За словами науковців, це перша успішна демонстрація того, що антена на основі лазерно-індукованої плазмової нитки здатна випромінювати радіохвилі. Водночас технологія перебуває на ранньому етапі розробки: її можливість приймати сигнали поки що не перевіряли.
«Це лише перший крок, але дуже важливий: уперше комусь вдалося продемонструвати, що плазмові нитки можуть працювати як антени», — зазначила Прія Даршні, провідна авторка дослідження та аспірантка університету.
Чому звичайні антени не завжди зручні
Традиційні антени виготовляють із металу, і їхнє встановлення може створювати проблеми, особливо в космічних апаратах. Конструкції потрібно розгортати після запуску, а під час цього вони можуть деформуватися або зламатися.
Крім того, великі антени займають чимало місця, збільшують масу корисного навантаження та вартість місій. Зменшити їхні розміри теж не так просто: довжина антени визначає частоти радіохвиль, які вона може передавати й приймати.
Тому зміна довжини для роботи в потрібному діапазоні частот може бути складною, зокрема в космічних технологіях. Дослідники вирішили обійти це обмеження за допомогою лазерів, які дають змогу створювати плазмові антени потрібної довжини та орієнтації без громіздких механічних конструкцій.
Як працює антена зі світлового меча
Під час експерименту науковці спрямували лазерний промінь із заданою потужністю та діаметром крізь повітря. Він іонізував вузьку ділянку газу, утворивши світну нитку плазми. Візуально вона нагадувала промінь світлового меча.
Однак самого плазмового каналу було недостатньо для передавання радіосигналу. Щоб забезпечити взаємодію з ним без фізичного контакту, команда розробила спеціальний спосіб передавання електромагнітної енергії.
Навколо лазерного променя розмістили металеве кільце, крізь центр якого проходить плазмова нитка. Кільце працює як конденсатор і створює електромагнітне поле, яке передає радіосигнал плазмі, не торкаючись її.
Після цього електромагнітна хвиля приводить у рух електрони в повітрі. Вони переміщуються до країв плазмового каналу, завдяки чому той може випромінювати електромагнітні хвилі подібно до звичайної антени.
До практичного використання ще далеко
Попри успішний експеримент, дослідники наголошують, що технологія поки що далека від повноцінної заміни традиційних антен. Команда продемонструвала здатність плазмової нитки передавати радіосигнали, але ще не перевірила, чи може вона приймати їх.
Прія Даршні зазначила, що наразі немає підстав вважати, що антена не зможе працювати і в режимі приймання, однак це ще потрібно підтвердити експериментально. Наступним завданням стане поліпшення характеристик випромінювання. Зокрема, науковці хочуть адаптувати технологію для радарних систем.
Якщо подальші дослідження будуть успішними, плазмові антени можуть стати альтернативою громіздким металевим конструкціям у космічних апаратах та інших системах зв’язку. Поки що це лише перспективна лабораторна демонстрація, але вона вперше показала, що лазерно створена плазма справді може виконувати одну з ключових функцій антени.