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

Как бактерии стали многоклеточными: система разделения ДНК эволюционировала во внутриклеточный каркас

Биологическая эволюция редко создает принципиально новые механизмы с нуля. В подавляющем большинстве случаев природа модифицирует уже существующие структуры, адаптируя их под совершенно новые...

Компьютерные расчеты термоядерных реакций оказались ошибочными: как эксперимент с испаренной медью переписывает законы физики плазмы

Воздействие сверхмощного оптического лазера на металл разрушает межатомные связи за квадриллионные доли секунды. В точке удара материал мгновенно переходит в состояние горячей сверхплотной плазмы,...

Самые крупные карповые в мире и в России: история семейства, размеры и что из них готовят

Когда слышишь слово «карповые», в голове обычно возникает что-то очень земное и понятное: карась в деревенском пруду, карп на рынке, сазан в рассказах рыбаков. Но у этого семейства есть и совсем...

✦ ИИ  5 сервисов для создания презентаций с опросами: для учителей, маркетологов и бизнеса

Нужно собрать обратную связь, проверить гипотезу или просто узнать, что думают люди? Рассказываем, где создать опрос за 5 минут, какие сервисы работают в РФ, как проводить голосования в реальном...

Где можно увидеть Стоунхендж, не выезжая за границы России

Мысль о том, чтобы увидеть чудо света или загадку истории нужно выезжать за тридевять земель, настолько укрепилась в сознании, что интересных мест поближе как будто и нет вовсе.Итак, для всех...

Обзор бесщеточной аккумуляторной пилы ProCraft PKA45 (PKA46): 2 аккумулятора, 2 шины и 2 цепи

Во время работы в саду или на приусадебном участке приходится срезать деревья и кустарники. Порой они достаточно толстые, чтобы справиться с ними вручную, и приходится доставать электрические или...