6G на пороге новой эры: как умная антенна переосмысливает передачу данных?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Вы когда-нибудь задумывались о том, как наши смартфоны умудряются жонглировать бесчисленными сигналами, обеспечивая нам бесперебойную связь? С ростом требований к скорости и объему передачи данных, инженеры постоянно ищут способы сделать беспроводные технологии еще более эффективными. И вот, кажется, мы стоим на пороге новой эры в этой области, благодаря прорыву в антенных технологиях, совершенному учеными из Городского университета Гонконга.

Антенна-хамелеон: что это за зверь?

Представьте себе антенну, которая не просто передает один сигнал на одной частоте, а способна одновременно генерировать и контролировать сразу несколько разных частотных составляющих. Эта «умная» антенна, разработанная под руководством профессора Чана Чи-хоу, использует так называемые метаповерхности — материалы с необычными свойствами, которые позволяют управлять электромагнитными волнами.

Антенна, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Новизна разработки заключается в концепции «синтетической подвижной огибающей». Что это значит? Это похоже на дирижера оркестра, который может независимо управлять каждым инструментом, то есть каждой частотой. Теперь, с помощью программного обеспечения, инженеры могут настраивать антенну на передачу различных сигналов с нужными характеристиками, что открывает огромные возможности.

Почему это важно?

Традиционные антенны имеют фиксированные параметры, словно настроенные на одну радиостанцию. Новая технология выводит антенную инженерию на совершенно новый уровень. Это позволяет, например, одновременно отправлять данные разным пользователям по различным каналам, при этом не создавая помех. По сути, пропускная способность каналов вырастает кратно.

a Загружая фиктивные пленки STC, STCMA напоминает «проектор» для формирования синтетического импульса и частотного содержания в пространстве. Метаповерхностная антенна способна преобразовывать внутриплоскостные монохроматические управляемые волны во внеплоскостные волны свободного пространства с произвольными, независимо управляемыми гармоническими частотами. Каждый мета-атом STCMA включает PIN-диоды для переключения элемента между излучающим ('1') и неизлучающим ('0') состояниями, формируя синтетическую подвижную огибающую по длине волновода. Состояния возбуждения мета-атомов переключаются в соответствии с примененным 1-битным цифровым фильмом '0/1' STC от FPGA. В данном примере управляемая мода преобразуется в моды свободного пространства с желаемой комбинацией частот. b Фотография изготовленного прототипа метаповерхностной антенны. c Вид спереди и в поперечном сечении метаатома. Все геометрические параметры указаны в мм. Цитирование: Wu, GB., Dai, J.Y., Shum, K.M. et al. A synthetic moving-envelope metasurface antenna for independent control of arbitrary harmonic orders. Nat Commun 15, 7202 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51587-0
Автор: Wu, GB., Dai, J.Y., Shum, K.M. et al.

Представьте себе стадион, где одновременно проходит несколько матчей. Новая антенна — это как если бы каждый матч имел свое собственное радиовещание, не перекрывающееся с другими.

В чем «фишка» 6G?

Потенциал этой разработки особенно важен для сетей 6G, которые обещают более высокие скорости и меньшую задержку. Одним из ключевых требований к 6G является интеграция функций связи и сенсорных возможностей. И вот тут новая антенна оказывается настоящей находкой. Она способна одновременно передавать данные и выполнять функции зондирования, что расширяет спектр ее применения — от радиолокации до беспроводной передачи энергии.

Куда дальше?

Возможности новой антенны не ограничиваются только мобильными сетями. Она может стать основой для систем безопасности следующего поколения, систем медицинской визуализации в реальном времени, а также в области квантовой связи.

a Процесс синтеза STC-фильма для однонаправленного преобразования частоты вниз. Движущаяся огибающая делится на несколько кадров неподвижной огибающей; каждая неподвижная огибающая реализуется одной определенной матрицей STC. Изменяющаяся во времени матрица STC формирует пленку STC. b, c Измеренные диаграммы направленности излучения (b) и распределение спектра в направлении главного луча (c) для огибающей прямого распространения. d Процесс синтеза пленки STC для однонаправленного преобразования частоты в сторону повышения. e, f Измеренные диаграммы направленности излучения (e) и распределение спектра в направлении главного луча (f) для огибающей обратного распространения. Входная и модулированная угловые частоты — ГГц и КГц, соответственно. Цитирование: Wu, GB., Dai, J.Y., Shum, K.M. et al. A synthetic moving-envelope metasurface antenna for independent control of arbitrary harmonic orders. Nat Commun 15, 7202 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51587-0
Автор: Wu, GB., Dai, J.Y., Shum, K.M. et al.

По словам профессора У Гэнбо, одного из соавторов исследования, технология имеет потенциал интеграции в микросхемы, что делает ее еще более перспективной. Она не только превосходит существующие технологии, но и предоставляет простую, эффективную и, самое главное, управляемую программно платформу.

Один маленький шаг…

Прорыв гонконгских ученых — это не просто еще одна техническая инновация. Это фундаментальный сдвиг парадигмы в антенном дизайне, который может изменить наше представление о том, как мы общаемся и взаимодействуем с окружающим миром. Это, как выразился один из разработчиков, «новый уровень спектральной управляемости метаповерхностей». И, честно говоря, это звучит весьма многообещающе.

6 комментариев

Добавить комментарий

m
Вы когда-нибудь задумывались о том, как наши смартфоны умудряются жонглировать бесчисленными сигналами, обеспечивая нам бесперебойную связь?
нет
способна одновременно генерировать и контролировать сразу несколько разных частотных составляющих.

Давно было..
Это позволяет, например, одновременно отправлять данные разным пользователям по различным каналам, при этом не создавая помех.
давно есть
h
Автор, лучше напиши статью как 5g влияет на мозг крыс, этот опыт сделали у вас по-моему Томские учёные (город мог перепутать, не местный я сорри). Поэтому не вижу смысла аплодировать 6g
izvr07
Томские учёные рекомендуют носить шапочку из фольги, отвечают что все будет ок
m
заземленную?
1
Обязательно! Вы что, бензовозов не видели? Шапочка должна быть с металлической цепью до земли, иначе работать не будет.
1
Главное к 7G близко не подходить и все будет тип-топ. ;)

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Когда и как правильно срезать ботву у картофеля: секрет крупного урожая и лучшего хранения

Есть несколько старых «секретов», которые могут помочь собрать более крупный урожай картофеля, а также обеспечить его надёжное хранение без гниения и сморщивания до мая следующего года. Огородники...

Почему в СССР все мечтали о пыжиковой шапке и из чего её шили

В советское время мех позволить себе мог далеко не каждый. И особенно желанной, почти недостижимой мечтой была пыжиковая шапка. Такие шапки встречались разве что на головах членов Политбюро и...

Нужно ли смешивать стиральные порошки. Ответ — нет

Сочетание двух моющих средств в излишнем количестве действует почти так же, как передозировка одного из них. При любом цикле стирки количество воды в стиральной машине и объем полоскания...

Кажется, темной энергии все-таки не существует: выяснилось, что Вселенная «ускоряется» только в одну сторону

В современной космологии концепция ускоренного расширения Вселенной считается общепринятой базовой теорией. К этому выводу физики пришли в 1998 году при анализе яркости далеких сверхновых звезд....

Почему в Венеции за кормление голубей вместе с птицами прилетит и штраф

Даже ни разу не побывав в Венеции, каждый человек имеет о ней смутное представление по фильмам, музыке и тоннам фотографий туристов. На этих самых фотографиях город каналов и гондол заполнен еще...