打破機械限制，科學家以雷射光造出電漿束天線
發射、接收電磁波的通訊天線不一定只有機械型態！北卡羅來納州立大學團隊近日將科幻小說的光劍帶入嚴謹工程現實，成功展示利用雷射光製造可傳輸無線電波的電漿天線，為未來太空通訊、極端環境無線通訊開闢全新可能性。
傳統天線以固體金屬或導電材料製成，「長度」這項條件至關重要，它直接決定天線能發射與接收的頻率，但在某些應用場域（如太空探索），透過機械方式（伸展機械臂）改變天線物理長度掃描所需頻率範圍極困難。
為解決傳統天線技術痛點，北卡羅來納州立大學團隊試圖以雷射取代金屬，嘗試利用雷射形成電漿天線，從而隨心所欲生成所需天線長度。
團隊現在證明該概念可行，透過發射特定功率與直徑的雷射光束，研究人員成功創造出一道清晰電漿絲（Plasma Filament），就像科幻電影中的光劍。
不過更大工程挑戰在於如何將無線電訊號輸入這道滾燙電漿光束中，為了使電漿天線成為實用工具，研究團隊開發精巧的「非接觸式天線饋源（Contactless Antenna Feed）」，一種將天線連接到發射機或接收機以傳輸無線電訊號的設備，由充當電容器的金屬環構成。
當雷射穿過金屬環，會產生被電容器包圍的電漿絲，接著透過電容器產生電磁場，研究人員就能在完全不接觸電漿前提下與它互動。簡單來說，整體運作機制為：射頻產生器將訊號饋入電容器 → 產生對應電磁場 → 驅動這道電漿天線 → 在對應頻率發射出無線電波。
新型電漿天線強大之處在於只要控制雷射參數，就能控制電漿絲特性——包括它的長度，對需要掃描各種頻率的太空應用場域極具價值，不用配備多天線，只需調整雷射束就能搞定所有頻段。
研究人員表示，低地軌道有充足空氣形成電漿，是低軌衛星未來進行無線通訊的全新選擇，至於外太空近乎真空，能否應用於太空望遠鏡尚須鑽研。
新論文發表在《IEEE Journal of Microwaves》期刊。
（首圖來源：北卡羅來納州立大學）