Физики впервые передали информацию на скрученной радиоволне
Новый способ переправки данных, опробованный в опыте на открытом воздухе, способен в десятки раз повысить колличество свободных каналов в одном и том же узком частотном диапазоне.
Исследователи из университета Падуи (Universita degli Studi di Padova) и лаборатории Ангстрема (Angstromlaboratoriet)
переправили два различных сигнала на двух независимо трудящихся каналах связи от маяка на острове Сан-Джорджо на антенну, стоящую на балконе Палаццо Дукале на материковой части Венеции (расстояние передачи составило 442 метра).
В опыте не было бы ничего необыкновенного, в случае если б оба канала не трудились в один момент на одной несущей частоте 2,414 ГГц. Притом употреблялись два однообразных Wi-Fi-FM-передатчика любой мощностью 2 Вт.
Отличались же лишь передающие антенны. Они разрешили итальянским и шведским экспериментаторам по-различному «закодировать» две однообразные практически во всех отношениях радиоволны.
Дело в том, что у электромагнитной волны, кроме частоты, амплитуды, фазы и (в некоторых случаях) поляризации имеется ещё одна неизвестная черта — орбитальный угловой момент (OAM).
Он определяется (в случае если, само собой разумеется, не равен нулю) специфичной формой волнового фронта, закрученного на протяжении оси распространения, как будто бы витые макароны фузилли.
Витой фронт волны с ненулевым орбитальным моментом напоминает пасту фузилли (иллюстрации wikipedia.org, foodyvino.wordpress.com).
У данной закрутки (радиовихря) может различаться не только направление (против либо по часовой стрелке), но и степень перекрученности (соотношение между шагом спирали и длиной волны).
Регулируя данный параметр, в пространстве состояний OAM возможно создавать, теоретически, хоть нескончаемое число каналов, трудящихся на одной и той же частоте. И потому вдобавок к хорошей настройке радиоприёмника по частоте, восходящей ещё ко временам Маркони и Попова, авторы работы предлагают ввести гипернастройку – по параметру OAM.
Как раз её они и показали в Венеции. Один из каналов транслировался на самой простой, нескрученной волне (условно – с OAM, равным нулю), а второй — на фактически такой же, но скрученной (OAM — единица).
Исследователи создали уникальную разработку детектирования таковой волны, разрешающую показать её орбитальный момент.
Дабы различать каналы и совершенно верно знать, что любой из них принимается независимо, учёные передавали по ним два различных звуковых тона – 400 и 1000 Гц.
Карта интенсивности (отражена цветом) сердцевины закрученного радиовихря, полученная в 40 метрах от излучателя.
Шкалы по горизонтали и вертикали — сантиметры (иллюстрация Fabrizio Tamburini et al./ New Journal of Physics).
Новаторы пишут: «На сегодня не было ни одного отчёта о передаче витых пучков радиоволн в реальности.
Результаты отечественного опыта с радиовихрем на открытом воздухе говорят о том, что при применении неподвижной несущей частоты внутренне свойственная ортогональность многочисленных состояний OAM может обеспечить сколь угодно громадный комплект свободных каналов передачи, без повышения ширины полосы частот, любой из которых характеризуется лишь его необычным топологическим свойством.
Эта новая техника возможно обрисована как топологическое многообразие».
Для генерации радиовихря употреблялся излучатель (слева) с геликоидной чашей (учёные сделали её из пары простых 80-сантиметровых антенн-тарелок), а для отправки классического «плоского» сигнала – антенна Уда-Яги (справа) (фотографии Fabrizio Tamburini et al./ New Journal of Physics).
На практике, само собой разумеется, нескончаемое число каналов взять запрещено. Но ведущий создатель работы Фабрицио Тамбурини (Fabrizio Tamburini) утверждает: «В разумных экономических границах возможно применять состояния орбитального момента от -5 до +5, а также нескрученную волну.
В этом случае мы можем иметь 11 каналов на одном частотном диапазоне. В случае если ещё применять мультиплексирование, как в цифровом ТВ, на каждом из них, то возможно взять 55 каналов в одном частотном диапазоне».
Публичный опыт в Венеции, согласно точки зрения устроителей, послужил аналогом первых в мире самых несложных опытов по приёму и передаче радиосигналов. Кстати, в момент, в то время, когда два сигнала (на простой и скрученной волне) были удачно взяты в один момент, организаторы опыта произвели винтовочный выстрел в честь первой радиопередачи Гульельмо Маркони в 1895 году.
Схема опыта в Венеции.
Для верного приёма закрученной радиоволны употреблялись две приёмные антенны (иллюстрация Fabrizio Tamburini et al./ New Journal of Physics).
По данным PhysOrg.com, работа европейцев возможно распространена не только на область связи, но и, например, на астрономию.
Так, похожим образом закрученные волны генерирует чёрная дыра в центре Галактики. Применяя новые правила приёма, возможно определять параметры данной закрученности, соответственно, приобретать дополнительную данные об этом загадочном объекте.
(Подробности детали принципа и нового кодировки самого опыта возможно отыскать в открытой статье в New Journal of Physics, а также в ролике ниже.)
