Учёные создали антенну для будущих сетей 6G

Международная команда ученых из Сингапура, Франции и США создала миниатюрную антенну, способную эффективно обрабатывать терагерцовые (ТГц) сигналы, несущие огромный объем информации. Результаты их работы, представленные в журнале Nature Photonics, демонстрируют, что эта разработка, под руководством Ранджана Сингха из Университета Нотр-Дам, может стать основой для будущих беспроводных сетей шестого поколения (6G), обещая беспрецедентную скорость передачи данных.

Предполагается, что сети 6G достигнут скоростей около одного терабита в секунду. Для реализации таких скоростей потребуется использовать терагерцовые частоты, что значительно превосходит частоты, применяемые в сетях 5G.

Однако, прежде чем терагерцовые частоты станут надежным инструментом, необходимо усовершенствовать антенные системы, ответственные за передачу и прием таких сигналов.

Исторически, повышение эффективности в беспроводных технологиях достигалось за счет увеличения размеров антенных решеток или использования сложных механических компонентов. Несмотря на свою эффективность, эти методы увеличивают стоимость, сложность и вероятность сбоев. Без переосмысления подходов к обработке ТГц-сигналов, внедрение 6G может оказаться проблематичным.

Для решения этой задачи группа ученых обратила внимание на топологическую фотонику — область, изучающую искусственные структуры, направляющие свет по защищенным траекториям. Исследователи смогли создать компактные устройства, где электромагнитные волны защищены от искажений и дефектов, даже при резких изменениях направления.

В основе их разработки лежит кремниевый чип с массивом треугольных отверстий двух размеров (99 или 264 микрометра). Варьируя расположение этих отверстий, ученые смогли контролировать проникновение ТГц-излучения в чип и его выход под заданным углом. Такой управляемый выход излучения формирует конус ТГц-сигналов, превращая структуру в антенну.

Антенна обеспечивает как горизонтальное, так и вертикальное покрытие, охватывая около 75% окружающего пространства, что более чем в 30 раз превышает возможности существующих ТГц-антенн. Аналогично, она может работать и как приемник, улавливая ТГц-сигналы в широком диапазоне и направляя их на чип.

В ходе экспериментов, эта антенна продемонстрировала скорость передачи данных, в сотни раз превышающую показатели других ТГц-устройств. Важно отметить, что все это достигнуто с помощью пассивной и простой конструкции, где управление заложено в саму геометрию чипа, исключая механические компоненты. Это снижает затраты и минимизирует риск поломок.

Теперь команда ученых планирует исследовать возможности интеграции всех компонентов ТГц-системы — передачи, приема и обработки сигналов — на одном чипе. Успешная реализация этой задачи может приблизить возможность создания надежных сетей 6G, способных эффективно обрабатывать терагерцовые сигналы.

Источник: phys