На Дворце Дожей появляется сообщение "segnale ricevuto" ("Сигнал принят"), когда витой радиосигнал был получен.
The Doge's Palace carried the message "segnale ricevuto" ("signal received") when the twisted radio signal was received.
Физики сделали витую радиоволну
Физики из Италии показали, что радиоволны, так же как и свет, могут иметь волновой фронт, скрученный так, что он принимает форму штопора. Исследователи успешно передали витые радиоволны на несколько сотен метров через лагуну в Венеции с помощью антенны специальной формы. Они считают, что такие радиоволны могут резко повысить информационную емкость беспроводной связи путем умножения количества каналов, которые могут быть закодированы в данном частотном диапазоне.
Физики знали в течение многих лет, что луч света может быть скручен так, что его фронт вращается вокруг направления распространения, принимая спиральную форму. Кручение достигается за счет управления орбитальным моментом импульса света. Это свойство связано с формой волнового фронта светового луча - воображаемой линией или плоскостью, состоящей из точек волны с одинаковой фазой.
Этот явление было впервые показано в лазерных резонаторах, а затем исследователи работали над тем, как настроить орбитальный момент импульса пучка и создать «оптический пинцет», который может двигать крошечные объекты. Орбитального момент импульса не следует путать с более знакомым спиновым моментом импульса света, который связан с поляризацией волны и направлением колебаний.
Вдохновленные черными дырами
Фабрицио Тамбурини (Fabrizio Tamburini) из
Университета в Падуе, Италия
, Бо Тидэ (Bo Thidé) из
Шведского института космической физики в Упсале
и его коллеги начали манипулировать орбитальным моментом импульса радиоволн. Эта работа связана с более ранним исследованием Тамбурини и Тидэ, в котором они подсчитали, что вращающаяся черная дыра должна искажать пространство-время таким образом, что заметно закручивает волновой фронт электромагнитного излучения, которое проходит рядом.
Исследователи полагают, что должно быть возможным создать подобный эффект скручивания на Земле, без ультра-массивного объекта. Для этого они создали конструкцию подобную спиральной лестнице внутри помещения изолированного от звуковых и электромагнитных волн в университете Упсалы. Используя пару приемных антенн, расположенных в нескольких метрах от спиральной конструкции, они записали изменения фаз отраженных волн. Они обнаружили, что фаза изменяется так, как и следовало ожидать от витого волнового фронта.
Недавно, исследователи передали радиоволны с четко определенным орбитальным моментом в шумных, реальных условиях - 442 м поперек бассейна Святого Марка в Венеции. Специально доработанная антенна-тарелка для спутниковой связи на маяке острова Святого Георгия была использована для создания радиоволн с частотой 2,4 ГГц и орбитальным моментом 1 - последнее означает, что фронт волны поворачивается на 360° в пространстве одной длины волны. Стандартная "Яги"-антенна также использовалась для передачи волн той же частоты, но без орбитального момента через тот же участок лагуны.
«Революция» в радиотехнике
Изменяя расстояние между двумя приемными антеннами на балконе дворца Дожей, исследователи смогли настроиться и на закрученную волну и на не закрученную. Это доказывает, как они говорят, что возможно передавать по двум каналам одновременно, используя только одну частоту.
По Тамбурини, эта демонстрация может привести к «революции» в радиотехнике, так как, по его словам, это означает, что в принципе можно создать бесконечное количество каналов в заданной полосе частот, при этом каждый канал кодируется с помощью различных орбитальных моментов. Он указывает на то, что огромное расширение мощностей беспроводной связи будет крайне ценно, учитывая огромный и быстро растущий спрос на беспроводные услуги. По его оценкам, 11 новых каналов на одну полосу частот (соответствующие пяти орбитальным состояниям момента импульса - пять по часовой стрелке и пять против часовой стрелке и один не закрученный) должно доказать «экономическую обоснованность» в краткосрочной перспективе.
Майкл Берри (Michael Berry) из
Бристольского университета
, который вместе с Джоном Найем (John Nye) показал в 1970-х годах, что фазовые особенности, присущие волнам всех видов, были продемонстрированы. Он говорит, что событие стало «великолепным поводом», который заставил его изменить свое мнение о потенциале витой радиоволны. «Я сначала подумал, что это был хитроумный, но все ж таки пример интерференции волн», признает он, «но потом я стал свидетелем живого интереса руководителей индустрии спутникового вещания.» Однако он добавляет, что практическое значение этой технологи «еще не изучено связистами».
Реальная демонстрация
Taco Виссер (Taco Visser) из
Дельфтского технологического университета в Нидерландах
также в восторге от последних исследований, охарактеризовав их как «очень элегантной и реальной демонстрацией кодирования информации с помощью орбитального момента». Но и он предупреждает, что предстоит еще большой объем работы, чтобы доказать практическую полезность такой техники. «Сколько радиоволн с разными угловыми моментами можно еще распознать, когда они прошли через, скажем, две мили атмосферной турбулентности?» спрашивает он.
Тамбурини и его коллеги надеются выполнить новые испытания витых радиоволн на расстоянии нескольких километров в течение ближайших нескольких месяцев. Эти тесты будут проводиться с новыми видами антенн для сведения к минимуму «сингулярности», которая создается в центре витой волны и уменьшает интенсивность переданного радиосигнала. «Измененная параболическая тарелка - было первым, грубым приближением, которое, как мы узнали, работает», говорит он. Новый подход будет включать в себя создание электронного пучка с помощью набора дипольных антенн, а не тарелки.
Тамбурини добавляет, что группа также продолжает свои астрономические исследования. Он надеется использовать Очень Большой Массив радиотелескопов (Very Large Array radio telescope) (и, возможно, проектируемый Массив Километровой Площади (Square Kilometre Array)), чтобы провести наблюдения черной дыры в центре Млечного Пути и доказать, что она действительно вращается.