Plasma-Antenne aus Luft: Laser erzeugt sendefähige Radiowellen

Der Laser allein sendet jedoch nichts. Das Team um Pryia Darshni musste Hochfrequenzenergie in den Kanal einspeisen, ohne ihn zu stören. Ein normales Kabel hätte die empfindliche Struktur beschädigen können. Die Forscher setzten deshalb einen Metallring um den Laserstrahl. Er wirkt als kapazitive Kopplung, sodass ein Funkgenerator die Elektronen im Plasma ohne direkten Kontakt beeinflusst.

Länge und Richtung der Antenne lassen sich über die Strahlparameter verändern. Die Geometrie bestimmt Charakteristik und Frequenzbereich einer Antenne; bei klassischen Bauformen sind dafür oft mechanische Änderungen nötig. Hier würde in der Theorie die Steuerung des Lasers genügen.

Grenzen des Experiments

Getestet wurde bei 30 MHz, was einer Wellenlänge von etwa 10 Metern entspricht. Das empfangene Signal war 2,5-mal stärker als in einem Aufbau, in dem der Laser kein Plasma erzeugte. Die Empfangsantenne stand allerdings nur rund 5 Zentimeter vom Sender entfernt. Es war also eine Nahfeldmessung und keine Funkstrecke über Kilometer. Auch den Empfang von Signalen mit der Plasma-Antenne haben die Forscher nicht gezeigt, sehen dafür aber kein grundsätzliches Hindernis.

Offen bleibt der Einsatz im All. Laut Mitautor Paul Franzon enthält die niedrige Erdumlaufbahn genug dünnes Gas, um Plasma zu erzeugen. Die Dichte ist jedoch weit geringer als im Labor, was Ionisation und Stabilität des Kanals verändert. Hinzu kommt der Energiebedarf von Laser, Elektronik, Stromquelle und Steuerung. Ohne Angaben zu Strahlungseffizienz und Energiekosten lässt sich nicht sagen, ob die Satellitenmasse sinkt.

Bevor Plasma-Antennen mit Metallantennen konkurrieren können, müssen größere Reichweiten, mehrere Frequenzbänder und stabile Abstrahlung bei vertretbarem Verbrauch gezeigt werden. Die Ergebnisse erschienen im IEEE Journal of Microwaves.