研究人员成功展示了第一个等离子束天线

研究人员展示了一种使用激光制造能够传输无线电波的等离子体天线的技术。

“等离子束天线类似于一把剑，并且是可调谐的，这意味着我们需要能够在较宽的频率范围内进行传输，”该工作的期刊文章的合著者、博士生 Prya Darshney 说。北卡罗来纳州立大学的学生。 “虽然我们还没有证明它作为接收无线电信号的天线的能力，但它没有理由不能作为接收器工作。”

“这是一个令人兴奋的新概念，它允许人们无需复杂的机械部署机制即可拥有定制天线，”该论文的合著者、北卡罗来纳州立大学电气和计算机工程 Cirrus Logic 杰出教授 Paul Franzon 说道。

天线长度很重要，因为它控制无线电波的发射和接收频率。但在某些应用中，例如太空探索技术，操纵天线的长度来清除所需的频率范围可能很困难。

达什尼说：“我们希望通过这项工作探索的问题之一是是否有可能使用激光制造等离子体天线，这将使我们能够生产任何所需长度的天线。” “我们现在已经证明这是可能的。”

通过发射特定功率和直径的激光束，研究人员能够电离细空气束并产生定义的等离子体井，称为等离子体灯丝。

但为了使等离子体天线成为实用工具，研究人员必须开发一种将天线连接到无线电技术以传输无线电信号的方法。

为了解决这个问题，研究人员还创建并演示了一种由充当电容器的金属环组成的非接触式天线。激光穿过环路并产生被电容器包围的等离子体灯丝。通过用电容器产生电磁场，研究人员能够在不接触等离子束的情况下与它相互作用。

一般来说，这个过程是这样的：射频发生器将信号馈送到电容器；这会产生相应的电磁场；然后将适当频率的无线电波发送到等离子体灯丝天线。

“通过控制激光器的参数，你可以控制等离子体灯丝的特性，包括它的长度，”达什尼说。 “这对于需要可以扫描所有频率的天线的应用来说非常有价值。但还有另一个好处。

“在某些应用中，控制天线角度以指向雷达方向或您想要接收的信号强度的能力也很重要，”达什尼说。 “我们在这里演示的技术允许用户通过控制光束来控制等离子体灯丝天线的角度 – 只需改变激光的方向。”

从长远来看，该技术有望用于各种应用。卫星和太空探索技术是人们感兴趣的潜在领域之一，因为在广泛的频率范围内的有效载荷和扫描能力也很重要。

“近地轨道上有足够的空气来形成等离子体，”弗兰松说。

达什尼说：“这是第一步，但也是一大步——这是人们第一次证明等离子丝天线可以工作。” “现在我们已经证明这是可能的，我们可以开始让它发挥更好的作用。”

文章“30 MHz VHF Laser-Plasma-Filament Transmission Antenna”已发表在 Open Access 上。 IEEE 微波杂志。该论文由德克萨斯农工大学和普林斯顿大学的 Arthur Dogariou 共同撰写，他协助进行了测量。

研究人员感谢北卡罗来纳州仪器商店的 Chris Hewett、Byron Good 和 Joe McElveen 在生产实验组件方面的独创性。