211service.com
Sagatavojieties atomu radio
Radio antenas pamatdizains nav mainījies gadsimtu. Antena parasti ir metāla stieņu komplekts, kas ir aptuveni puse no viļņa garuma, kura uztveršanai tie ir paredzēti. Elektriskais lauks garāmejošajos radioviļņos paātrina elektronus šajos stieņos, pārvēršot enerģiju no viļņa par niecīgu elektrisko strāvu, ko var pastiprināt.
Taču fiziķi ļoti vēlētos antenas padarīt spējīgākas un drošākas. Būtu labi, piemēram, ja vienkāršas antenas varētu uztvert plašāku viļņu garumu diapazonu un būtu izturīgākas pret elektromagnētiskajiem traucējumiem.
Ienāciet Deivids Andersons uzņēmumā Rydberg Technologies Annārborā, Mičiganā, un pāris kolēģi, kuri no jauna ir izgudrojuši antenu. Viņu jaunā ierīce darbojas pilnīgi savādāk nekā parastās antenas, izmantojot lāzeru, lai izmērītu veidu, kā radiosignāli mijiedarbojas ar noteikta veida atomiem.
Slepenā mērce jaunajā ierīcē ir Rydberg atomi. Tie ir cēzija atomi, kuros ārējie elektroni ir tik satraukti, ka riņķo ap kodolu lielā attālumā. Šajos attālumos elektronu potenciālās enerģijas līmeņi ir ārkārtīgi cieši izvietoti, un tas tiem piešķir īpašas īpašības. Patiešām, jebkurš mazs elektriskais lauks var pārvietot tos no viena līmeņa uz citu.
Radioviļņi sastāv no mainīgiem elektriskiem laukiem, kas viegli mijiedarbojas ar visiem Ridberga atomiem, ar kuriem tie saskaras. Tas padara tos par potenciāliem sensoriem.
Bet kā atklāt šo mijiedarbību? Gāzei, kas izgatavota no Ridberga atomiem, ir vēl viena īpašība, kas izrādās noderīga - to var padarīt caurspīdīgu ar lāzeru, kas noregulēts uz noteiktu frekvenci. Šis lāzers būtībā piesātina gāzes spēju absorbēt gaismu, ļaujot tam iziet cauri citam lāzera staram.
Tomēr kritiskais biežums, kādā tas notiek, ir ļoti atkarīgs no Rydberg atomu īpašībām gāzē. Kad šie atomi mijiedarbojas ar radioviļņiem, kritiskā frekvence mainās.
Tas ir radio noteikšanas pamats. Andersons un kolēģi izveido cēzija atomu gāzi, kas ierosināta Ridberga stāvokļos. Pēc tam viņi izmanto lāzeru, kas noregulēts uz noteiktu frekvenci, lai padarītu gāzi caurspīdīgu.
Visbeidzot, tie izstaro otru lāzeru cauri gāzei un mēra, cik daudz gaismas ir absorbēts, lai redzētu, kā caurspīdīgums mainās atkarībā no apkārtējiem radioviļņiem.
Pēc tam signāls no vienkāršas gaismas jutīgas fotodiodes atklāj veidu, kā radio signāli tiek modulēti vai amplitūdas modulēti.
Un tas arī viss: antena, kas sastāv no satrauktu cēzija atomu mākoņa, ko iznīcina lāzera gaisma, kas mirgo ar apkārtējiem radioviļņiem. Viņi to sauc par atomu radio.
Andersons un citi ir izmantojuši savu ierīci, izmantojot mikroviļņus, un apgalvo, ka tā darbojas labi. Viņi saka, ka mēs demonstrējam uz atomu balstītu uztvērēju AM un FM mikroviļņu komunikācijai.
Viena no priekšrocībām salīdzinājumā ar parastajām antenām ir milzīgais signālu klāsts, ko tā var uztvert — vairāk nekā četras oktāvas no C joslas līdz Q joslai vai viļņu garums no 2,5 līdz 15 centimetriem. Pati antena ir maza tvaika šūna, kas var radīt un noturēt cēzija gāzi, kas ierosināta Ridberga atomos.
Bet, iespējams, visrevolucionārākais ir tas, ka noteikšana neietver parastās radio shēmas. Atomu radioviļņu uztvērējs darbojas ar tiešu reāllaika optisko noteikšanu atomu reakcijai uz AM un FM bāzes joslas signāliem, izslēdzot vajadzību pēc tradicionālās demodulācijas un signālu kondicionēšanas elektronikas, saka Andersons un citi.
Tas nozīmē, ka ierīcei jābūt vairāk vai mazāk nejutīgai pret elektromagnētiskajiem traucējumiem, kas var padarīt parastās antenas nederīgas.
Lai pārbaudītu ierīci, komanda to izmantoja, lai uztvertu AM un FM mikroviļņu signālus no cilvēka balss ieraksta, kas dzied Mary Had a Little Lamb. Viņi saka, ka demonstrētais atomu radio uzrāda labu veiktspēju visā cilvēka audio joslā.
Jaunā antena nav ideāla. Piemēram, tā dinamiskais diapazons ir nedaudz mazāks, nekā parasti tiek gaidīts radio. Taču komanda ir optimistiski noskaņota, ka to var būtiski uzlabot.
Atomic radio ir ceļā.
Atsauce: arxiv.org/abs/1808.08589 : Atomiskais uztvērējs AM un FM radio sakariem