В МФТИ разработали компактные антенные решетки для приложений 5G

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Ученые МФТИ создали компактную направленную антенную решетку с высоким коэффициентом усиления и широкой областью применения в сфере технологий 5G. Антенна показала усиление более чем на 11,3 дБ в диапазоне частот от 2,5 до 4,5 ГГц. В первую очередь миниатюрные антенные решетки могут использоваться в беспроводной связи, где стоит задача управления лучом с высоким коэффициентом усиления и при этом выделяемое место под излучатель крайне ограничено. Результаты работы опубликованы в журнале Physica Status Solidi.

Любая антенна позволяет передавать информацию (сигнал) на расстояние, и для ее успешной эксплуатации необходимо знать, куда направлен сигнал, его мощность, а также КПД самой антенны. Несколько антенн, расположенных рядом, называют антенной решеткой, а изменением параметров решетки управляют ее лучом. Чем больше антенн, тем более узкий луч и тем больше энергии.

Рисунок. Процесс создания компактной антенной решетки на 2,5-4,5 ГГц, состоящей из четырех элементов, спроектированных с использованием алгоритмов оптимизации и изготовленных с применением аддитивных технологий 3D-печати и металлизации поверхности

Ключ к эффективности антенной решетки, разработанной в МФТИ, лежит в трехмерной геометрии каждого излучателя. Как правило, антенные решетки по многим причинам стараются делать плоскими, тем самым усложняя поиск идеальной геометрии.

«Перед нами стояла задача создать небольшую (относительно длины волны) антенную решетку, которая могла бы излучать энергию в заданном направлении с высокой эффективностью. Данных характеристик мы смогли добиться при помощи использования специальных алгоритмов оптимизации в ходе решения электродинамической задачи», — рассказал о проекте Владимир Бурцев, сотрудник лаборатории радиофотоники МФТИ.

Ученые задали начальные параметры и требования, а оптимизационные алгоритмы построили геометрию, наиболее соответствующую поставленным задачам. Для качественной работы антенной решетки все ее размеры необходимо было соблюсти до сотых долей миллиметра. Для реализации такой точности в лаборатории применяют свой оптимальный и бюджетный способ изготовления — фотополимерную 3D-печать каркаса полимерной смолой с последующим электрохимическим покрытием формы металлом.

«Мы проанализировали работу получившейся антенной решетки и пришли к выводу, что ее высокие энергетические показатели обусловлены конструктивной интерференцией многих элементарных колебаний внутри структуры. В каждом элементе антенны заложена определенная энергия, и такие вклады могут складываться либо деструктивно, что чаще всего и бывает, либо конструктивно, как в данном случае, что и обеспечивает высокую энергоэффективность нашей антенной решетки. По своим общим показателям она примерно в два раза лучше аналогов.

Ее нетривиальная форма дает высокий КПД. Знания электродинамики позволят с легкостью перестроить рабочие частоты, слабо меняя саму геометрию и сохраняя принцип сложения колебаний. Настроив решетку на другие диапазоны, мы можем работать в зоне Wi-Fi или радиочастотных меток (RFID), осуществляя мониторинг или считывая маркировку в магазине, или уйти в более высокие частоты 5G и отслеживать работу «умных» устройств", — рассказывает Дмитрий Филонов, руководитель лаборатории радиофотоники Центра фотоники и двумерных материалов, ведущий научный сотрудник НИЦ телекоммуникаций МФТИ.

Исследование поддержано Федеральной программой академического лидерства «Приоритет 2030».

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

«Ода-102»: что делала кнопка «Интим» в советском музыкальном центре 1986 года

Владельцы стереосистемы, выпускавшейся в Муроме во второй половине 1980-х, рано или поздно замирали перед одной кнопкой на передней панели предварительного усилителя. Среди сухих технических...

Канат перерезан, кабина остаётся на месте: демонстрация безопасного лифта Элиши Отиса

В мае 1854 года в нью-йоркском Хрустальном дворце толпа смотрела на открытую подъёмную платформу, поднятую над выставочным залом. На ней стоял Элиша Грейвс Отис — механик из Йонкерса,...

Зимой у землеройки уменьшается даже мозг: как она переживает холод без спячки

К зиме многие звери накапливают жир, отращивают густую шерсть или готовятся провести несколько месяцев в спячке. Обыкновенная бурозубка переживает холод совсем иначе: к зиме она становится меньше....

✦ ИИ  Багдадская батарейка: знали ли древние люди электричество?

Глиняный сосуд, медь и железо — неужели древние месопотамцы умели получать электричество? Разбираемся, что известно о багдадской батарейке и почему загадка остаётся открытой.

Таджин: как марокканская посуда дала имя целой группе медленно приготовленных блюд

У таджина есть редкая особенность: его можно поставить на стол пустым — и он всё равно будет узнаваем. Низкая круглая чаша и высокая коническая крышка давно стали визуальным сокращением...

Тихий помощник для разных задач (можно даже поиграть): обзор мини-ПК Ninkear L20

Мини-ПК показывают хороший рост производительности, «маленькая коробочка» уже может уверенно обрабатывать видео или вращать сборки в CAD программах, а дополнительные нейропроцессоры разгружают...