वैज्ञानिकों ने पहली बार लेज़रों से बने एक समायोज्य-लंबाई वाले एंटीना का प्रदर्शन किया है जिसका उपयोग उपग्रह संचार में किया जा सकता है

सार:

वैज्ञानिकों ने पहली बार लेजर-जनित प्लाज्मा बीम से युक्त रेडियो एंटीना का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया है। इस उपकरण को सामान्य धातु की छड़ों या पारंपरिक एंटेना की यांत्रिक दूरबीन संरचनाओं की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, यह एक पतला प्लाज्मा चैनल बनाने के लिए हवा को आयनित करने के लिए लेजर का उपयोग करता है, और फिर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के माध्यम से रेडियो सिग्नल फ़ीड करता है, जिससे यह रेडियो तरंगों को उत्सर्जित करने की अनुमति देता है। शोधकर्ताओं का कहना है कि भविष्य में इस तकनीक का उपयोग उपग्रह संचार, रडार सिस्टम और अंतरिक्ष अन्वेषण उपकरणों में किए जाने की उम्मीद है।

यह शोध संयुक्त राज्य अमेरिका में नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी की एक शोध टीम द्वारा किया गया था, और संबंधित पेपर 1 सितंबर, 2026 को "आईईईई ट्रांजेक्शन्स ऑन माइक्रोवेव्स" में प्रकाशित हुआ था। शोधकर्ताओं ने लेजर-प्रेरित प्लास्मोन फिलामेंट एंटीना नामक एक तकनीक का प्रदर्शन किया है और पहली बार प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की है कि यह लेजर-जनित प्लाज्मा चैनल रेडियो सिग्नल उत्सर्जित करने के लिए एक वास्तविक एंटीना के रूप में कार्य कर सकता है।

पारंपरिक एंटीना का भौतिक आकार इसकी ऑपरेटिंग आवृत्ति से निकटता से संबंधित है। आमतौर पर, एंटीना की लंबाई रेडियो तरंग आवृत्तियों को प्रभावित करती है जिसे वह प्रभावी ढंग से प्रसारित या प्राप्त कर सकता है। यदि डिवाइस को विभिन्न आवृत्ति बैंडों के बीच स्विच करने की आवश्यकता होती है, तो अक्सर विभिन्न आकारों के एंटेना का उपयोग करना या यांत्रिक संरचना की सहायता से एंटीना की लंबाई को समायोजित करना आवश्यक होता है। उपग्रहों और विमानों जैसे उपकरणों के लिए जिनके वजन, आयतन और संरचनात्मक जटिलता पर सख्त आवश्यकताएं होती हैं, यह डिज़ाइन इंजीनियरिंग की कठिनाई को बढ़ा सकता है।

प्लाज्मा एंटेना एक अलग दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। प्लाज्मा पर्याप्त ऊर्जा के संपर्क में आने के बाद बनने वाली गैस की एक आयनित अवस्था है। इसमें आवेशित कण होते हैं जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के साथ संपर्क कर सकते हैं। शोधकर्ताओं ने हवा को रोशन करने के लिए एक विशिष्ट शक्ति और बीम व्यास के साथ एक लेजर का उपयोग किया, एक पतला प्लाज्मा फिलामेंट बनाने के लिए लेजर पथ में हवा के अणुओं को आयनित किया। लेजर मापदंडों को समायोजित करके, शोधकर्ता इसकी लंबाई सहित प्लाज्मा चैनल के गुणों को नियंत्रित कर सकते हैं, जिससे एंटीना की परिचालन स्थिति बदल सकती है।

हालाँकि, प्लाज़्मा चैनल बनाना केवल पहला कदम है। टीम को यह भी पता लगाना था कि इस चैनल में रेडियो सिग्नल कैसे फीड किए जाएं। क्योंकि धातु के तारों का उपयोग करके प्लाज्मा के साथ सीधा संपर्क इसकी संरचना को बदल सकता है, शोधकर्ताओं ने एक संपर्क रहित फ़ीड डिवाइस डिज़ाइन किया है।

डिवाइस कैपेसिटिव कपलिंग संरचना के रूप में एक धातु की अंगूठी का उपयोग करता है। लेजर धातु की रिंग से होकर गुजरती है, जिससे रिंग के अंदर प्लाज्मा के फिलामेंट बनते हैं। रेडियो फ़्रीक्वेंसी सिग्नल जनरेटर द्वारा धातु रिंग में सिग्नल इनपुट करने के बाद, धातु रिंग एक संबंधित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है और कैपेसिटिव कपलिंग के माध्यम से ऊर्जा को प्लाज्मा फिलामेंट में स्थानांतरित करती है, जिससे यह रेडियो तरंगों को विकीर्ण करती है। पूरी प्रक्रिया में धातु के हिस्सों को प्लाज्मा के सीधे संपर्क में रखने की आवश्यकता नहीं होती है।

प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने प्लाज्मा एंटीना को 30 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर रेडियो सिग्नल उत्सर्जित करने दिया और माप के लिए पास में एक प्राप्त एंटीना रखा। प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि नियंत्रण स्थिति की तुलना में जहां लेजर अवरुद्ध है और कोई प्लाज्मा एंटीना नहीं बनता है, प्लाज्मा फिलामेंट को सक्षम करने के बाद, प्राप्त करने वाले छोर पर मापी गई सिग्नल शक्ति लगभग 2.5 गुना बढ़ जाती है, जो लगभग 150% की वृद्धि है। यह प्रायोगिक साक्ष्य प्रदान करता है कि लेजर-जनित प्लाज्मा फिलामेंट्स एंटेना के रूप में काम कर सकते हैं।

शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि इस एंटीना की सबसे आकर्षक विशेषताओं में से एक लेजर मापदंडों को बदलकर एंटीना की भौतिक लंबाई को समायोजित करने की क्षमता है। सिद्धांत रूप में, इसका मतलब यह है कि डिवाइस जटिल यांत्रिक टेलीस्कोपिंग उपकरणों पर भरोसा किए बिना आवश्यकतानुसार अपनी ऑपरेटिंग आवृत्ति को बदल सकता है। यह लचीलापन उन प्रणालियों के लिए नए डिज़ाइन स्थान का कारण बन सकता है जिन्हें कई रेडियो फ़्रीक्वेंसी बैंड को कवर करने की आवश्यकता होती है।

एक अन्य संभावित लाभ यह है कि एंटीना की दिशा को लेजर बीम द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। शोध दल ने बताया कि जब तक लेजर के प्रसार की दिशा बदली जाती है, तब तक प्लाज्मा फिलामेंट की दिशा भी बदली जा सकती है। इस पद्धति का उपयोग भविष्य में रडार स्कैनिंग दिशा को समायोजित करने, या विशिष्ट दिशाओं में सिग्नल प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए संचार संकेतों को अधिक अनुकूल दिशाओं में केंद्रित करने के लिए किया जा सकता है।

उपग्रह और अंतरिक्ष अन्वेषण उपकरण शोधकर्ताओं के लिए विशेष रुचि के अनुप्रयोग क्षेत्र हैं। पारंपरिक उपग्रह एंटेना को अक्सर तैनाती तंत्र, संरचनात्मक वजन और उपलब्ध स्थान पर विचार करने की आवश्यकता होती है, जबकि लेजर-जनित एंटेना से कुछ यांत्रिक संरचना आवश्यकताओं को कम करने की उम्मीद की जाती है। यह समायोज्य डिज़ाइन उन अंतरिक्ष उपकरणों के लिए भी मूल्यवान हो सकता है जिन्हें एकाधिक आवृत्ति बैंड के बीच स्विच करने की आवश्यकता होती है।

However, this does not mean that the technology can already be directly used for deep space communications. शोध दल ने बताया कि निचली-पृथ्वी कक्षा के वातावरण में, प्लाज्मा बनाने के लिए अभी भी पर्याप्त पतला वातावरण है, इसलिए प्लाज्मा फिलामेंट्स उत्पन्न करने के लिए लेजर का उपयोग करना संभव है। हालाँकि, ऐसे वातावरण में जहां वातावरण बेहद पतला है या यहां तक ​​कि वैक्यूम के करीब है, उचित प्लाज्मा चैनल कैसे उत्पन्न और बनाए रखा जाए, यह एक समस्या बन जाएगी जिसे हल किया जाना चाहिए।

The researchers also do not claim that the antenna has complete two-way communication capabilities. अब तक जो प्रदर्शित किया गया है वह रेडियो सिग्नल ट्रांसमिशन है, और इसे अभी तक प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित नहीं किया गया है कि यह प्राप्त करने वाले एंटीना के रूप में काम कर सकता है या नहीं। Its emission efficiency, signal gain, working stability and performance in complex environments also require further study.

पेपर के सह-लेखक और नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर पॉल फ्रेंज़ोन ने कहा कि यह तकनीक एक जटिल यांत्रिक परिनियोजन तंत्र की आवश्यकता के बिना एंटीना के आकार को अनुकूलित करने का एक नया तरीका प्रदान करती है। अनुसंधान टीम का मानना ​​है कि वर्तमान परिणाम तकनीकी विकास में केवल पहला कदम है, लेकिन यह साबित करता है कि लेजर-प्रेरित प्लाज्मा फिलामेंट्स वास्तव में एंटेना के रूप में कार्य कर सकते हैं, और बाद का काम प्रदर्शन में सुधार और व्यावहारिक अनुप्रयोगों की खोज पर ध्यान केंद्रित करेगा।

कुल मिलाकर, इस शोध का महत्व एक नया उपकरण बनाना नहीं है जो सभी पारंपरिक एंटेना को प्रतिस्थापित कर सके, बल्कि हवा में अस्थायी रूप से एंटेना बनाने के लिए लेजर का उपयोग करने की व्यवहार्यता को पहली बार सत्यापित करना है। यदि भविष्य में ऊर्जा की खपत, सिग्नल लाभ, स्थिरता और वास्तविक पर्यावरणीय अनुकूलन क्षमता जैसे मुद्दों को हल किया जा सकता है, तो प्लाज्मा बीम एंटेना उपग्रहों, रडार और अन्य संचार प्रणालियों के लिए एक नई पसंद बनने की उम्मीद है जिनके लिए एंटीना आकार के लचीले समायोजन की आवश्यकता होती है।