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

Остров Фазанов: почему эту территорию уже более 365 лет Франция и Испания передают друг другу каждые полгода

В тихих водах реки Бидасоа, разделяющей Францию и Испанию недалеко от впадения в Бискайский залив, находится небольшой необитаемый остров «Фазанов». С берегов французского Андая и испанского Ируна...

Биомеханика рака-богомола: как устроена кавитационная катапульта сокрушителей

Быстрое движение под водой — это серьезный инженерный вызов. Плотность воды примерно в 800 раз выше плотности воздуха, поэтому обычное мышечное усилие быстро гасится сопротивлением...

Обзор тепловизора UNI-T UTi256M: Профессиональное теплозрение в ультракомпактном формате

UNI-T UTi256M представляет собой полупрофессиональный инструмент для ИК-диагностики, который находит применение в поиске утечек тепла, ремонте электроники и диагностике автомобильных узлов....

Обзор внешнего аккумулятора UGREEN PB506 20W 5000 mAh: Честные замеры компактного павербанка

Рынок компактных павербанков давно перестал удивлять — кажется, все уже сделали своё 5000 mAh в чёрном корпусе и разошлись. Но Ugreen в линейке Nexode попытались добавить хоть что-то...

Обзор монитора Philips 32B1N3800 – большой экран для работы или просто лишние дюймы

Монитор с диагональю 31,5 дюйма редко берут только ради красивой картинки. Чаще от него ждут нормального рабочего пространства: чтобы таблицы не душили, текст не распадался на мелочь, окна...