CC BY
66
B = Е
l ,m
aE (l> m)fl lXlm " J aM Q, m)rot(gl 1)ХЫ )
E =
l,m
a El, m) rotf (kr)Xlm)+aMQ, m^g^Xt
lm
(17)
где коэффициенты а^ (/, да) и ам( I, т) определяют амплитуды электрических и магнитных муль-типольных полей, соответствующих индексам (I,
т). Радиальные функции / (кг) и ^^ (кг)
имеют вид (13). Значения коэффициентов аЕ (I, т) и аM( I, т), так же как и амплитуды в (13), определяются источниками и граничными условиями.
Приведенные выражения для разложения электромагнитных полей по мультиполям имеют практическую значимость при проектировании и разработке многоканальных систем радиосвязи на основе мультиплексирования по орбитальному угловому моменту.
Список литературы:
1. Джексон Дж. Классическая электродинамика: учеб. Пособие. М.: Мир, 1962.- c. 591.
2. Bennis A., Niemiec R., Brousseau C. Flat plate for oam generation in the millimeter band, in Antennas and Propagation (EuCAP): 7th European Conference on, 2013. - 19 с.
3. Nguyen D. Discussion about the link budget for electromagnetic wave with orbital angular momentum, in Antennas and Propagation (EuCAP): 8th European Conference on, 2014. - 6 с.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОРБИТАЛЬНОГО УГЛОВОГО МОМЕНТА В СИМСТЕМАХ РАДИОСВЯЗИ
Вавилова Виктория Сергеевна
Аспирант, Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа
АННОТАЦИЯ
Телекоммуникационная отрасль в последнее время развивается очень динамично. Мир продолжает стремительно адаптироваться в эпоху цифровых технологий, что приводит к уменьшению количества полос радиочастот доступных для передачи информации.
С течением времени, производители телекоммуникационного оборудования начнут ощущать нехватку частотного спектра. Возникшую в перспективе проблему, можно решить путем перехода на абсолютно новый механизм, позволяющий увеличить в несколько раз число независимых радиоканалов в одном и том же узком частотном диапазоне. Инновационная технология позволит увеличить информационную ёмкость радиоволн за счет использования орбитального углового момента вращающихся волн.
Исследования, направленные на изучение и применение характеристики электромагнитной волны -орбитального углового момента, в телекоммуникациях ограничены и представляют собой разрозненный материал, отраженный только в публикациях и работах иностранных ученых, в отечественной литературе работы по данной тематике отсутствуют. В связи с этим необходимо рассмотреть степень разработанности рассматриваемой тематики и основные тенденции развития данной технологии уплотнения каналов в системах радиосвязи.
ABSTRACT
The telecommunications industry has been developing very dynamically lately. The world continues to rapidly adapt in the digital age, which leads to a reduction in the number of radio frequency bands available for transmission of information. Over time, telecom equipment manufacturers will begin to feel the lack of a frequency spectrum. The problem that arose in the future can be solved by switching to a completely new mechanism that allows several times to increase the number of independent radio channels in the same narrow frequency range. Innovative technology will increase the information capacity of radio waves by using the orbital angular momentum of rotating waves.
Studies aimed at studying and applying the characteristics of the electromagnetic wave - the orbital angular momentum, in telecommunications are limited and represent a disparate material, presented only in publications and works of foreign scientists, in the domestic literature there is no work on this topic. In this regard, it is necessary to consider the degree of development of the subject matter under consideration and the main trends in the development of this technology for channel compaction in radio communication systems.
Ключевые слова: орбитальный угловой момент, круговая поляризация, несущая частота, азимутальное квантовое число.
Keywords: orbital angular momentum, circular polarization, carrier frequency, azimuthal quantum number.
В работе [1, с.3] для представления теории сохранения, симметрии электромагнитного поля, углового момента рассматривается свойства теоретическое представление самой физики,
коснувшись аспектов классической
электродинамики.
Представлен обзор основных физических свойств орбитального углового момента, полученных из фундаментальных постулатов классической электродинамики (уравнений Максвелла-Лоренца), которые дают возможность беспроводной передачи информации. Также указан многомодовый квантованный характер и другие физические свойства, отличающие классический электромагнитный угловой момент от электромагнитного линейного момента.
Авторами в данной работе представлены формулы вычисления точных выражений для
электрического и магнитного полей от произвольно заданных источников, которые они используют для получения выражений объемной плотности электромагнитного углового момента, излучаемого из произвольно локализованного распределения зарядов и токов.
Показано, что орбитальный угловой момент добавляет, как бы, дополнительную размерность периодических изменений, эффективно увеличивая обычную одномерную ось частоты колебаний до двумерной частотной плоскости, как показано на Рисунке 1.
Рисунок 1. Двумерные колебания /плоскость вращения, частота (горизонтальная ось), угловая скорость вращения фазы орбитального углового момента (OAM) (вертикальная ось) в единицах нормированной
постоянной Планка.
Правая, зеленая часть горизонтальной оси представляет правую круговую поляризацию (спин), а левая, красная часть оси представляет левую круговую поляризацию (спин). Зеленые квадраты в правой плоскости представляют собой различные каналы передачи на одной несущей частоте, на той же полосе частот, и с тем же спином 5=+1, но в разных вращательных частотах, соответствующих двум различным ОАМ и азимутальным квантовым числам ш\ и ш2. Красные квадраты в левой плоскости представляют собой каналы передачи на той же несущей частоте и ширине полосы частот, как и для плоскости правее, но в противоположном состоянии спина 5=-1. Все возможные квадраты в плоскости образуют уникальные, независимые каналы передачи собственных мод информации.
Приведенные результаты обобщают более ранние результаты, полученные другими авторами
только для определенных конкретных конфигураций, и облегчают моделирование и проектирование преобразователей углового момента. Они показывают, что полный момент импульса, испускаемый источниками, всегда асимптотически стремится к константе, когда расстояние от источника стремится к бесконечности, доказывая, что стрела времени излучения существует также для момента количества движения, как и для линейного импульса. Следовательно, физика углового момента предлагает альтернативу или дополнение к физике линейного момента в качестве средства передачи информации по беспроводной сети на очень длинные дистанции.
Результаты, представленные в работе авторов, открывают возможность более гибкого использования радиочастотного спектра и путь для разработки новых методов передачи информации.
_L4_
Работа [2, с.17] посвящена исследованию коэффициента усиления антенны и бюджета линии для волны, несущие орбитальный угловой момент. Из теории Максвелла, это хорошо известно, что электромагнитные волны переносят энергию и как линейные, так и угловые моменты Пойнтинга. Угловой момент имеет компонент спина (SAM), связанный с поляризацией, а также орбитальный компонент (OAM), связанная с пространственным распределением величины и фазы поля Джексона. Механическое взаимодействие между материей и этими двумя компонентами углового момента было теоретически и экспериментально доказано Бет, Niemiec и др.
Устройство защиты SAM в двух ортогональных состояниях хорошо известна и широко использована в операционных системах, чтобы удвоить пропускную способность связи. ОАМ до сих пор не использовался в радиосвязи, даже если он может представлять собой принципиально новое направление развития. На самом деле использование OAM может помочь в улучшении потенциала линии связи, и это спорно обсуждается в ряде недавних работ [3, с.14; 4, с.4], [5, c.25; 6, с.13; 7, с.10]. Довольно давно ОАМ света широко изучается в оптике Лагерр-Гауссовы пучки [8, с.17]. Генерирование радио OAM волн может быть выполнено различными способами, например, массивом круговой антенны, плоской или спиральной фазовой пластинкой [9, с.18]. Обнаружение, как правило, достигается с помощью интерферометра [4, с.9] или 3Б-векторной антенной.
В работе [10, с.12] описаны первые экспериментальные исследования по передаче нескольких каналов на одной частоте проводимые научной группой под руководством Fabrizio Tamburini. В этой работе описаны экспериментальные исследования доказывающие, что можно использовать
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.
Таким образом, в статье рассмотрены основные работы иностранных авторов, направленные на
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #8 (53), 2018 свойства витых немонохроматических некогерентных радиоволн и передавать посредством их до бесконечности большое число радиоканалов на одной полосе частот, кодируя разные состояния их орбитального спина. Изначально в данной работе экспериментально охарактеризованы физические свойства скрученной некоррелированной ахроматической электромагнитной волны и на анализе данных свойств доказано, что завихренность электромагнитной волны может сохраняться на всей длине волны, то есть наличие сингулярности и пространственного фазового сдвига сохраняются и доходят неизменными до приемника. Средний фоновый передаваемый сигнал составил 2,414 ГГц внутри полосы пропускания 15 МГц -90 дБм. Поляризация, при этом, сохранилась в горизонтальном положении.
Эксперимент показал, что радиоволны, так же как и свет, могут иметь волновой фронт, скрученный так, что он принимает форму спирали.
Спустя время исследователи передали радиоволны с четко определенным орбитальным моментом в шумных, реальных условиях - 442 м поперек бассейна Святого Марка в Венеции. Они считают, что такие радиоволны могут резко повысить информационную емкость беспроводной связи путем умножения количества каналов, которые могут быть закодированы в данном частотном диапазоне.
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.
"О с го из
о
О)
о
о
с то со
, что
исследования возможности применения OAM в системах радиосвязи для более гибкого использования спектра радиочастот и развития новых информационных методов передачи.
Список литературы:
1. Bennis A., Niemiec R., Brousseau C. Flat plate for oam generation in the millimeter band, in Antennas and Propagation (EuCAP): 7th European Conference on, 2013. - 18 с.
Рисунок 2. Эскиз эксперимента в Сан-Марко, два приемных антенны были расположены таким образом сингулярность бъта на базовой линии между двумя антеннами в средней точке отрезка АВ
2. Nguyen D., Pascal O., Sokoloff J. Antenna Gain and Link Budget for Waves Carrying Orbital Angular Momentum (OAM): Radio Science, 2013. - 17 c.
3. Tamburini F., Mari E., Sponselli A., Thid'e, B. Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test: New Journal of Physics, 2014. - 14 c.
4. Tamburini F., Mari E., Parisi G. Tripling the capacity of a pointtopoint radio link by using electromagnetic vortices: Radio Science, 2015. - 4 c.
5. Tamburini F., Thidé B., Mari E., Sponselli A., Bianchini A. Reply to comment on 'Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test': New J. Phys, 2012. - 12 c.
6. Tamagnone M., Craeye C. Comment on encoding many channels on the same frequency through
УДК 621.039.53
radio vorticity: first experimental test: New Journal of Physics, 2012. - 25 c.
7. Tamagnone M., Craeye C. Comment on 'reply to comment on "encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test": New Journal of Physics, 2013. - 13 c.
8. Tamagnone M., Silva J., Capdevila S. The orbital angular momentum (oam) multiplexing controversy: Oam as a subset of mimo, in Antennas and Propagation (EuCAP): 9th European Conference on, 2015.
- 10 c.
9. Thide B., Tamburini F., Then H. The physics of angular momentum radio: Journal of Physics, 2014.
- 3 c.
10. Torres J., Torner L. Twisted Photons: Applications of Light with Orbital Angular Momentum: Wiley-VCH, 2011. - 17 c.
ИСКРОВОЕ ПЛАЗМЕННОЕ СПЕКАНИЕ И ГОРЯЧЕЕ ПРЕССОВАНИЕ ЗАГОТОВОК ИЗ КАРБИДА БОРА, ПОЛУЧЕННОГО РАЗЛИЧНЫМИ
МЕТОДАМИ
Ж.В. Еремеева, Л.В. Мякишева, В.С. Панов, В.Ю. Лопатин, А.И. Лизунов, А.А. Непапушев, Д.А.Сидоренко, Д.Ю. Мишунин С.Воротыло
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва Публичное Акционерное Общество «МСЗ», г. Электросталь
SPARK PLASMA SINTERING AND HOT PRESSING OF BORON CARBIDE, SYNTHESIZED
BY VARIOUS ROUTES
Zh.V. Eremeeva1, L.V. Myakisheva1, V.S. Panov1, V. Iu. Lopatin1, A.I.Lizunov2, A.A. Nepapushev1, D.A. Sidorenko1, D.Iu. Mishunin1, S. Vorotilo1
'National university of science and technology MISIS, Moscow
2Public Joint stock company "Mashinostroitelny Zavod"
Определены оптимальные режимы искрового плазменного спекания (SPS) и горячего прессования (ГП): температура, время, усилие давления и исследованы структура и свойства спеченных заготовок карбида бора указанным методом из порошков, полученных механохимическим синтезом из сажи и бора аморфного, самораспространяющимся высокотемпературным синтезом - (СВС) и методом восстановления углеродом.
Оптимальными режимами SPS - спекания заготовок из порошков В4С, полученных механосинтезом, являются 15000С/25 Мпа при спекании в течение 45 мин., при этом плотность составляет 99,0% отн.
Для порошков, полученных СВС-методом, плотность спеченных заготовок составляет 98,5% отн. при 1800°С/30 МПа, и времени спекания 45 мин.
Определены оптимальные режимы искрового плазменного спекания непосредственно смеси порошков сажи и бора аморфного.
При SPS-спекании заготовок из смеси порошков сажи и бора аморфного при температуре 2000оС и давлении 50 МПа в течение 80 мин. плотность составила 92-95 % отн.
Наибольшее значение относительной плотности достигнуто при горячем прессовании заготовок из порошков В4С, полученных механосинтезом. Оптимальными режимами для спекания заготовок из порошка В4С, полученного механосинтезом, при которых относительная плотность достигает 99,0% , являются, температура горячего прессования Т=2050 оС и время выдержки 120 мин. под давлением 350 кН.
Синтезированы образцы В4С прямым горячим прессованием из смеси порошков сажи и бора аморфного при температуре 2050 - 2150 оС и давлении 50 МПа, относительная плотность которых составила 9295 %.
Работа выполнена по гранту РФФИ 17-08-00204
Ключевые слова: порошки, сажа, бор аморфный, механохимический синтез, рентгеноаморфный карбид бора, поглощающие элементы, СВС-метод, SPS- спекание, горячее прессование, электронная микроскопия, структура
