Вчені розробляють енергоощадні пристрої для високоточного та безпечного зв’язку 6G

З появою бездротової технології шостого покоління (6G) майбутнє бездротового зв’язку зробить величезний стрибок. Дослідницька група Міського університету Гонконгу (CityU) винайшла новаторський регульований метапристрій терагерцового (ТГц) діапазону, який може контролювати напрямок випромінювання та зону охоплення променів ТГц.

Обертаючи свою метаповерхню, пристрій може миттєво направляти сигнал 6G лише призначеному одержувачу, мінімізуючи витік електроенергії та підвищуючи конфіденційність. Очікується, що він забезпечить високорегульовані, спрямовані та безпечні засоби для майбутніх систем зв’язку 6G.

Потенціал технології діапазону ТГц необмежений, оскільки він має багаті спектральні ресурси для підтримки надвисокої швидкості передачі даних для бездротового зв’язку зі швидкістю 100 Гбіт/с (гігабіт на секунду) і навіть Тбіт/с (терабіт на секунду), що становить від сотень до тисяч. разів швидше, ніж швидкість передачі даних 5G.

Однак звичайні ТГц системи використовують громіздкі, важкі діелектричні лінзи та відбивачі, які можуть направляти хвилі лише до фіксованого передавача чи детектора, або передавати їх до одного приймача, розташованого у фіксованому місці або охоплюючу обмежену область. Це перешкоджає розробці майбутніх програм 6G, які вимагають точного позиціювання та концентрованої потужності сигналу.

Існуючі громіздкі системи перешкоджають додаткам 6G

Завдяки спільним зусиллям двох дослідницьких груп CityU на чолі з професором Цай Дін-Пінгом, професором кафедри електротехніки, та професором Чан Чі-хоу, виконуючим обов’язки проректора та директором Державної ключової лабораторії терагерцових і міліметрових хвиль (SKLTMW), для подолання цих проблем нещодавно було розроблено нові регульовані метапристрої, які можуть повністю контролювати напрямок поширення ТГц-променю та зону покриття.

«Поява регульованого метапристрою ТГц відкриває захоплюючі перспективи для систем зв’язку 6G», — сказав професор Цай, який є експертом у галузі метаповерхонь і фотоніки. «Наш метапристрій дозволяє доставляти сигнал конкретним користувачам або детекторам і має гнучкість для налаштування напрямку розповсюдження за потреби».

«Наші висновки пропонують низку переваг для передових систем зв’язку ТГц, включаючи безпеку, гнучкість, високу спрямованість і концентрацію сигналу», – додав професор Чен, який спеціалізується на дослідженні технології терагерцового діапазону.

Поворотна метаповерхня з тисячами мікроантен

Метапристрій складається з двох або трьох обертових метаповерхень (штучного тонколистового матеріалу з товщиною, меншою за довжину хвилі), які працюють як ефективні проєктори для керування фокусною плямою ТГц променів у двовимірній або тривимірній площині. простір. З діаметром 30 мм кожна метаповерхня має близько 11 000 мікроантен, які мають розмір лише 0,25 мм x 0,25 мм і відрізняються одна від одної.

«Секрет успіху метапристрою полягає в ретельному розрахунку та проєктуванні кожної мікроантени», — сказав професор Цай. Просто обертаючи метаповерхні без додаткового простору, фокус ТГц променя можна регулювати та спрямовувати на задані координати X, Y та Z пункту призначення відповідно.

Завдяки високоточному та вдосконаленому обладнанню SKLTMW дослідницька група провела експерименти та підтвердила, що два види варіофокальних метапристроїв, які вони розробили — дублетні та триплетні метапристрої — можуть проєктувати точку фокусування хвилі ТГц у довільну точку. у 2D площині та 3D просторі відповідно до високої точністю.

Цей інноваційний дизайн продемонстрував здатність метапристрою спрямовувати сигнал 6G у певне місце у дво- та тривимірному просторі. Оскільки лише користувач або детектор у певній точці може отримати сигнал, а висококонцентрований сигнал можна гнучко перемикати іншим користувачам або детекторам, не витрачаючи електроенергію на сусідні приймачі та не порушуючи конфіденційність, метапристрій може підвищити спрямованість, безпеку та гнучкість у майбутньому зв’язку 6G з меншим енергоспоживанням.

Легко збільшити виробництво за низьких витрат

Метаповерхні виготовлені за допомогою високотемпературної смоли та методу 3D-друку, розробленого командою. Вони легкі та малі та можуть бути легко виготовлені у великих масштабах за низькою ціною для практичного застосування.

Очікується, що новий регульований метапристрій ТГц матиме великий потенціал застосування для систем зв’язку 6G, включаючи бездротову передачу електроенергії, масштабування зображень і дистанційне зондування. Дослідницька група планує розробити подальші додатки метапристроїв на основі ТГц варіофокального зображення.