Plasma en lugar de metal
Dennis Lenz
(Imagen simbólica) Una antena de radio necesita cargas eléctricas en movimiento. Estos también pueden estar presentes en el aire ionizado. Luego, un experimento de laboratorio utiliza un canal de plasma generado por láser como antena y se acopla con la señal de radio sin contacto directo con el metal.
(Foto: © Investigación y conocimiento, imagen de IA)
Un rayo láser puede cambiar el aire para que actúe como una antena de radio. Los investigadores crearon un delgado canal de plasma y excitaron una señal de 30 megahercios. Esto provocó que un receptor cercano registrara una señal más fuerte. El experimento muestra una función de transmisión básica, pero aún no un sistema de comunicación operativo.
El equipo dirigido por Prya Darshni y Paul Franzon de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, junto con Arthur Dogariu, examinó una antena de radio sin contacto. El láser crea el canal eléctricamente excitable. La señal de radio real proviene de un generador de alta frecuencia independiente. Esta separación es importante: en esta configuración un haz de luz visible por sí solo no transmite automáticamente la información de radio deseada.
Cómo el aire se convierte en una antena de radio
En condiciones normales, el aire conduce mal la electricidad. Sin embargo, un láser suficientemente intenso puede liberar electrones de las moléculas. Esta ionización crea un plasma con portadores de carga que se mueven libremente. Cuando un campo eléctrico alterno excita estas cargas, puede producirse un efecto electromagnético. Por lo tanto, la zona conductora no tiene por qué ser un cable permanentemente presente.
En una antena metálica normal, los electrones se mueven en el conductor. La longitud, la forma y el entorno afectan la forma en que responde la antena a una frecuencia. Para una antena de plasma, se agregan propiedades adicionales, como la densidad del portador de carga y la vida útil del canal ionizado. Una forma cambiante es técnicamente interesante. Sin embargo, debe ser lo suficientemente estable y reproducible para que un efecto físico se convierta en una conexión confiable.
Un anillo se hace cargo del acoplamiento eléctrico.
El contacto directo del cable podría alterar el fino canal de plasma. Luego, el equipo utiliza un anillo de metal como fuente de alimentación capacitiva. El láser atraviesa el anillo, cuyo campo eléctrico interactúa con el plasma. Luego, el condensador transmite la excitación al canal sin contacto mecánico. La configuración experimental combina generación óptica con energía eléctrica.
La tecnología láser puede realizar tareas muy diferentes en sistemas de radio. Por ejemplo, la transmisión de música inalámbrica con un peine de frecuencia láser se centra en un tipo diferente de generación de señal. En el presente experimento, el láser se utiliza principalmente para producir temporalmente el material de la antena. El aire se convierte en portador de tarifas móviles. Esta función debe distinguirse de la transmisión óptica directa de datos.
La detección se logró en el campo cercano.
El transmisor y el receptor estaban separados por unos cinco centímetros. Con el canal de plasma encendido, la señal recibida fue aproximadamente 2,5 veces más fuerte que en una medición comparativa con el láser bloqueado. Ambas mediciones utilizaron la misma fuente de alimentación capacitiva. La comparación sugiere que el canal de plasma contribuye al acoplamiento electromagnético. Sin embargo, describe una medición de campo cercano y no un enlace de radio de un kilómetro.
Esta distinción es esencial para la evaluación. En las inmediaciones de una antena, los campos eléctricos y magnéticos pueden interactuar de forma diferente que cuando están lejos. Para una conexión práctica a larga distancia se deben determinar, entre otras cosas, el comportamiento de la radiación, la eficiencia y la sensibilidad a las interferencias. Esta comparación también incluye la energía necesaria para producir el plasma. Un fuerte efecto de medición local por sí solo no responde a estas preguntas.
Las antenas reemplazables siguen siendo un objetivo de desarrollo
Los investigadores ven una posible ventaja al influir con el láser en la longitud y dirección del canal. Para algunas aplicaciones es posible integrar componentes extensibles mecánicamente. Sin embargo, aún no se ha probado el uso del sistema como antena receptora. También faltan pruebas de un funcionamiento sólido en diferentes condiciones del mundo real. El avance consiste inicialmente en la combinación experimental de un plasma de aire generado por láser con una fuente de alimentación controlada de alta frecuencia.
IEEE Journal of Microwaves, Antena de filamento de plasma inducida por láser que transmite VHF a 30 MHz; doi:10.1109/JMW.2026.3722433
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