IL FUTURO DEL WIRELESS VORTICOSO?
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- Letizia Mora
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1 IL FUTURO DEL WIRELESS SARA VORTICOSO? Carlo G. Someda ANFoV -Milano, 11 Giugno 2014
2 TWIST OFF srl Twist Off srl è una "start up innovativa. Costituita a Padova il 6 novembre Oggetto: ricerca, sviluppo, produzione, commercializzazione e sperimentazione industrialedi tecnologie basate sullo studio delle onde elettromagnetiche, con particolare attenzione allo studio e allo sviluppo tecnologico di sistemi e apparati per comunicazioni, per apparati radioelettrici ottici o opto elettronici nel campo OAM (Orbital Angular Momentum). Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
3 TWIST OFF srl (2) Tra i soci fondatori: F. Tamburini, F. Romanato, C.G. Someda, B. Thidè e l'università di Padova. SIAE Microelettronica, avendo sottoscritto un importante piano di investimenti, è il socio di maggioranza. Il team Twist Off comprende 9 persone che a vario titolo gravitano nella srl, cui si aggiunge il consistente apporto di SIAE Microelettronica in termini di personale, tecnologie e infrastrutture. Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
4 Fabrizio Tamburini Carlo Giacomo Someda Bo Thidè Filippo Romanato Fabio Spinello Giovanni Massaro Giuseppe Parisi Elettra Mari Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
5 EQUAZIONI DIMAXWELL (1865) Dalle loro simmetrie(rispetto a trasformazioni di Lorentz) discendono altrettante leggi di conservazione. J Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
6 Omogeneità nel tempo Conservazione dell energia Omogeneità nello spazio Conservazione del momento lineare In elettromagnetismo, è chiamato correntemente vettore di Poynting. E la grandezzafisicasucui hannofattolevale radiocomunicazioni, da Marconi ai giorni nostri. Isotropia nello spazio Conservazione del momento angolare Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
7 Momento angolare della luce: J.H.Poynting, 1909 Momento angolare orbitale: M. Abraham, 1914 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
8 Momento di spin e momento angolare orbitale Il momento angolare totale, J,è la somma di due contributi: J = L+S = costante Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
9 Momento di spin e momento angolare orbitale Il momento angolare totale, J,è la somma di due contributi: J = L+S= costante - S rappresenta il momento angolare di spin, biunivocamente collegatocon lo stato di polarizzazione del campo EM. Attualmente, questo grado di libertà è sfruttato per raddoppiare il numero di canali radio a una data frequenza; Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
10 Momento di spin e momento angolare orbitale Il momento angolare totale, J,è la somma di due contributi: J = L+S= costante - S rappresenta il momento angolare di spin, biunivocamente collegatocon lo stato di polarizzazione del campo EM. Attualmente, questo grado di libertà è sfruttato per raddoppiare il numero di canali radio a una data frequenza; - Lrappresenta il momento angolare orbitale, collegato con la vorticositàdel campo EM. Attualmente non è sfruttato nelle TLC; in linea di principio, consente un infinità numerabiledi canali isofrequenziali, tra loro indipendenti. Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
11 MOMENTO ANGOLARE ORBITALE (OAM) è detto carica topologica. Indica quante volte la fase cambia di radianti lungo un percorso chiuso attorno alla dislocazione centrale. è un fascio gaussiano il fronte d onda ha una forma ad elica. Una singolarità di fase, detta vortice ottico, è annidata lungo l asse di propagazione. Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
12 Un particolare tipo di ottiche diffrattive, strutture che modificano la fase, imprimono un ritardo di fase azimutale. Fork Hologram COME IMPRIMERE OAM m = ordine diffrazione N = numero biforcazioni Spiral Phase Plate h = altezza del salto n = differenza di indice di rifrazione Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
13 EFFETTI MECCANICI DEI FASCI OTTICI CHE TRASPORTANO MOMENTO ANGOLARE L.Allen(1992)fuilprimoadimostrareche: A) una lamina birifrangente a λ/2 è soggetta a una torsione quando trasforma la luce polarizzata circolarmente da levogira a destrogira; B) una coppia di lenti cilindriche sospesa a un filo, è soggetta a una torsione quando trasforma un fascio di Laguerre - Gauss con momento angolare orbitale positivo in uno con momento angolare negativo. Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
14 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
15 BUCHI NERI ROTANTI ASSIMILABILI A LENTI ROTANTI Nuovo Cim.B119: ,2004 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
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17 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
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20 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
21 ESPERIMENTO PILOTA RADIOCOMUNICAZIONE OAM: VENEZIA, GIUGNO 2011 Google 2011 TRASMETTITORI RICEVITORE Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
22 TRIPLO LINK OAM: SCHEMA DI PRINCIPIO Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
23 PARABOLE CONFORMATE Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
24 SCHEMA DEL FEEDER Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
25 MISURE IN CAMPO VICINO Parabola l=+1 Parabola l=0 Parabola l=-1 MISURE DI RETURN LOSS Antenna under measurement Return Loss (db) Antenna Status L=0 13,7 OPEN L=0 2,3 SHIELDWITH METAL PLATE L=+1 14,2 OPEN L=+1 16,2 SHIELDWITH METAL PLATE MISURE DI INSERTION LOSS Tx Antenna Insertion Loss (db) Rx Antenna L=0 3,3 L=0 L=0 3,2 L=+1 L=+1 18,6 L=0 L=+1 26,2 L=-1 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
26 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014 l=1 radio lobe, intensity, phase and spiral spectrum
27 Primi test di vere e proprie radiocomunicazioni (canali isofrequenziali, con lo stesso stato di polarizzazione, senza alcun post-processing digitale del segnale ricevuto). Singolo vortice OAM (l=+1 o -1): segnale radio propagato su 5700λ, con modulazione digitale fino a 1024 QAM. 2 vortici OAM sovrapposti: isolamento di circa 25dB. Due segnali digitali modulati fino a16 QAM. 1 vortice OAM (+1 or -1) sovrapposto a un fascio radio convenzionale (0): isolamento di circa 22dB. Due segnali digitali modulati fino a16 QAM. 2 vortici OAM (+1 or -1) e un fascio radio convenzionale: isolamenti attorno a 10 db. Tre segnali modulati 4 QAM. Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
28 COSTELLAZIONI TRIPLO LINK Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
29 COSTELLAZIONI DOPPIO LINK BIDIREZIONALE A B B A l=+1 l=-1 l=+1 l=-1 Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
30 ESPERIMENTO LS Costellazioni ricevute dalle radio #1-#2-#3-#4 128 QAM Esempio di test di comunicazione sul link LS Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
31 ESPERIMENTO LS RADIO SNR CONTROL FEEDBACK SIGNAL Software di controllo attivo per l ottimizzazione dell SNR delle radio del link Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
32 CONCLUSIONI 150 anni dopo Maxwell, e 119 anni dopo Marconi, non tutte le proprietà fisiche delle onde e.m. vengono oggi sfruttate nelle radiocomunicazioni. Il momento angolare orbitale (OAM) è una di queste. L OAM risulta invece già oggi utilizzato in altre applicazioni (astronomia, nanotecnologie, ecc.) I risultati di laboratorio dei primi esperimenti sull impiego dell OAM nelle comunicazioni ottiche, tanto in spazio libero quanto in fibra, sono letteralmente strabilianti. Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
33 CONCLUSIONI (2) Tutto questo induce a sperimentare l impiego dell OAM anche nelle radiocomunicazioni. Il passaggio dall ottica alle microonde è alquanto complesso, soprattutto perché: - la reciprocità delle antenne è irrinunciabile; -le dimensioni delle antenne non possono scalare in proporzione alle lunghezze d onda. La saturazione dello spettro radio è una motivazione molto forte per provarci. e noi ci stiamo provando! Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
34 RINGRAZIAMENTI HANNO CONTRIBUITO ALLE ATTIVITA DESCRITTE IN QUESTA NOTA: Elettra Mari Giuseppe Parisi Fabio Spinello Fabrizio Tamburini Filippo Romanato Paolo Rech Bo Thidé Piero Coassini Matteo Oldoni Roberto Ravanelli Twist Off Twist Off Twist Off e UNIPD Twist Off Twist Off e UNIPD Twist Off Twist Off e IRFU SIAE Microelettronica SIAE Microelettronica SIAE Microelettronica Carlo G. Someda ANFoV Milano, 11 Giugno 2014
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