Команда под руководством исследователей из Университета Глазго разработала инновационную антенну беспроводной связи, которая сочетает в себе уникальные свойства метаматериалов со сложной обработкой сигналов, обеспечивая новый пик производительности.
В статье , опубликованной в Открытом журнале антенн и распространения IEEE под названием «Программируемая динамическая метаповерхностная антенна (DMA) 60 ГГц для приложений связи, зондирования и визуализации нового поколения: от концепции к прототипу», исследователи демонстрируют свою разработку прототип динамической метаповерхностной антенны с цифровым кодированием , или DMA, управляемой через высокоскоростную программируемую вентильную матрицу (FPGA).
Их DMA является первым в мире, разработанным и продемонстрированным на рабочей частоте миллиметрового (мм) диапазона 60 ГГц — части спектра, зарезервированной международным правом для использования в промышленных, научных и медицинских (ISM) приложениях.
Способность антенны работать в более высоком диапазоне миллиметровых волн может позволить ей стать ключевым элементом аппаратного обеспечения в все еще развивающейся области передовых метаповерхностных антенн с формированием диаграммы направленности.
Это может помочь будущим сетям 6G обеспечить сверхбыструю передачу данных с высокой надежностью, гарантируя высококачественное обслуживание и бесперебойную связь, а также позволяя использовать новые приложения в области связи, зондирования и визуализации.
Высокочастотная работа DMA стала возможной благодаря специально разработанным метаматериалам — структурам, которые были тщательно спроектированы для максимизации их способности взаимодействовать с электромагнитными волнами способами, которые невозможны в природных материалах.
В DMA используются специально разработанные, полностью настраиваемые элементы из метаматериала, которые были тщательно спроектированы для манипулирования электромагнитными волнами посредством программного управления, создавая передовой класс антенн вытекающих волн, способных к высокочастотной реконфигурируемой работе.
Прототип размером со спичечный коробок использует высокоскоростные межсоединения с одновременным параллельным управлением отдельными элементами метаматериала посредством программирования FPGA. DMA может формировать свои коммуникационные лучи и создавать несколько лучей одновременно, переключаясь за наносекунды, чтобы обеспечить стабильность покрытия сети.
Профессор Каммер Х. Аббаси, содиректор Центра коммуникаций, зондирования и визуализации Университета Глазго, является одним из ведущих авторов статьи. Он сказал: «Этот тщательно разработанный прототип является очень интересной разработкой в области адаптивных антенн следующего поколения, которая превосходит предыдущие передовые разработки в области реконфигурируемых программируемых антенн.
«В последние годы другие исследователи по всему миру продемонстрировали DMA в микроволновых диапазонах, но наш прототип продвигает технологию гораздо дальше, в более высокий диапазон миллиметровых волн 60 ГГц. Это делает его потенциально очень ценным шагом на пути к новым вариантам использования. технологии 6G и может проложить путь к еще более высокой частоте в терагерцовом диапазоне».
Возможности конструкции DMA могут найти применение в мониторинге и уходе за пациентами, где они могут помочь напрямую контролировать жизненно важные показатели пациентов и отслеживать их движения.
Это также может позволить использовать улучшенные интегрированные сенсорные и коммуникационные устройства для использования в радарах высокого разрешения и помочь автономным транспортным средствам, таким как беспилотные автомобили и дроны, безопасно ориентироваться на дорогах и в воздухе.
Повышенная скорость передачи данных может даже помочь в создании голографических изображений, позволяющих проецировать убедительные 3D-модели людей и объектов в любую точку мира в режиме реального времени.
Доктор Масуд Ур Рехман из Инженерной школы Джеймса Уотта Университета Глазго, который руководил разработкой антенны, сказал: «6G обладает потенциалом принести преобразующие преимущества всему обществу. Наша высокочастотная интеллектуальная и высокоадаптивная конструкция антенны может быть один из технологических краеугольных камней следующего поколения реконфигурируемых антенн mmWave. Программируемое управление лучом и формирование луча DMA могут помочь в мелкозернистом голографическом изображении mmWave, а также в ближней радиосвязи следующего поколения, фокусировке луча и беспроводная передача энергии.
«В ближайшем будущем мы будем работать над расширением этой конструкции, чтобы предложить более гибкие и универсальные характеристики антенны, и продолжим играть свою роль в удовлетворении потребностей нашего все более взаимосвязанного умного мира».
Теги: связь
